THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU GIỮA MÁY TÍNH VÀ VI ĐIỀU KHIỂN QUA CỔNG USB

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU GIỮA MÁY TÍNH VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUYỀN NHẬN

DỮ LIỆU GIỮA MÁY TÍNH VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

QUA CỔNG USB

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUYỀN NHẬN

DỮ LIỆU GIỮA MÁY TÍNH VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

Chuyên ngành: Điều khiển Tự Động

KS Nguyễn Đức Khuyến Trần Đình Cường

MSSV: 04138002

Khóa: 2004 – 2008

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY

Thesis:

DESIGNING – MANUFACTURING THE DATA ACQUISITION

MODEL BETWEEN COMPUTER AND MICROPROCESSING

Ho Chi Minh City August, 2008

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên con xin gửi đến ba - mẹ lòng biết ơn vô hạn vì đã tảo tần

nuôi dưỡng con ăn học

Em xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, cảm ơn Quý thầy cô

trường Đại Học Nông Lâm, đặc biệt là Quý thầy, cô khoa Cơ Khí Công - Nghệ

đã dạy và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian em học ở trường

Em trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy, cô bộ môn Điều Khiển Tự Động

giúp em trong quá trình làm đề tài

Em cảm ơn thầy KS NGUYỄN ĐỨC KHUYẾN đã giúp em thực hiện đề

tài này

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy: ThS NGUYẾN BÁ VƯƠNG là

người đã nhiệt tình giúp em trong việc hướng dẫn thực hiện đề tài này

Cuối cùng tôi cảm ơn các bạn trong lớp đã giúp đỡ và động viên tôi

trong qua trình thực hiện đề tài

Tp.HCM tháng 08 năm 2008

Sinh viên thực hiện:

Trần Đình Cường

TÓM TẮT

Đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU

GIỮA MÁY TÍNH VÀ VI ĐIỀU KHIỂN QUA CỔNG USB

Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ kỹ thuật đã đẩy con

người lên một tầm cao mới Công nghệ kỹ thuật càng phát triển thì các thiết bị

cổng giao tiếp trở nên càng hiện đại và gần gũi với chúng ta Đó chính là cổng

giao tiếp USB Cổng này giúp cho sự truyền nhận dữ liệu giữa máy tính và vi

điều khiển trở nên dễ dàng

Trong khuôn khổ đề tài này, một thiết bị giao tiếp cổng USB truyền nhận

giao tiếp máy tính và vi điều khiển hiển thị ra LCD Đề tài này ứng dụng để đo

lực sử dụng cảm biến lực train gages hiển thị ra LCD và hiển thị lên máy tính

 Các kết quả đạt được:

 Bộ truyền nhận dữ liệu từ máy tính tới vi điều khiển ổn định

 Bộ truyền nhận dữ liệu từ vi điều khiển tới máy tính ổn định

 Hiển thị ra LCD ổn định

 Đo lực sử dụng cảm biến lực train gages ổn định

 Phần mềm hoạt động ổn định

Đây là một đề tài mới mẻ ở Việt Nam hiện nay Đề tài này có rất nhiều

ứng dụng hữu ích, nhưng vì thời gian có hạn nên chỉ ứng dụng để đo lực sử

dụng train gages…

SUMMARY

Theme:

DESIGNING – MANUFACTURING THE DATA ACQUISITION MODEL

BETWEEN COMPUTER AND MICROPROCESSING

FOR USB PORT

Nowadays, the advance of technology, which leads human to a new

world of technology The more development of technology, the more modern

equipments we have and they are more commonly them become One of them

is USB port interface, which simplifys the data transmiting and receiving

between computer and microcontroller

In this thesis, we desingned and equipment to transfer the data between

the computer and the ATMEGA8535 microcontronler and display the result on

LCD… Still many applications we have, like who be: room thermometry, dryer

thermometry, measure engine speed

 Reaching results:

 Data transceiver from the computer and the the ATMEGA8535

microcontroller stabilize

 Displayed on LCD stabilize

 The Software is in good operating

This is a very new topic in Vietnam This thesis still have more and more

applicated… However, in a limit time, we just apply it for measuring the

force or the load by train gages

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

SUMMARY iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

1 MỞ ĐẦU .1

1.1 Dẫn nhập 1

1.2 Mục đích 1

1.3 Giới hạn đề tài 2

2 TRA CỨU TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu về phương pháp truyền thông USB 3

2.1.1 Khái niệm cơ bản USB 3

2.1.2 Các thiết bị hoặc phương thức có thể giao tiếp USB hiện nay 3

2.1.3 Một số đặc trưng của USB 4

2.2 Tra cứu các linh kiện điện tử 5

2.2.1 Tra cứu về bộ vi điều khiển 5

2.2.2 Tra cứu về chip FT232BL 8

2.2.3 Tra cứu về bộ hiển thị LCD 12

2.3 Tra cứu về phương pháp giao tiếp máy tính và vi xử lý 13

2.3.1 Giao tiếp máy tính qua cổng USB 13

2.3.2 Giao tiếp máy tính qua cổng COM 14

2.3.3 Giao tiếp máy tính qua cổng song song (cổng máy in LPT) 16

2.3.4 Giao tiếp máy tính qua các card mở rộng (slot) 16

2.4 Tra cứu về ngôn ngữ viết phần mềm 17

2.4.1 Ngôn ngữ Bascom 17

2.4.2 Ngôn ngữ Visual Basic 17

2.4.3 Ngôn ngữ Assemply 17

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 19

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài 19

3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế giao tiếp cổng USB 19

3.1.2 Chọn phương pháp thiết kế mạch khuếch đại cho train gages 19

3.1.3 Phương pháp thực hiện phần điện tử 19

3.1.4 Phương pháp thực hiện phần cơ khí 20

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài 20

4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21

4.1 Thực hiện phần cứng điện tử 21

4.1.1 Chế tạo phần mạch nguồn 21

4.1.2 Chế tạo phần mạch giao tiếp máy tính và vi điều khiển qua cổng

USB 21

4.1.3 Chế tạo phần mạch khuếch đại cho train gages 23

4.1.4 Chế tạo phần mạch nạp bằng cổng COM cho AVR 26

4.1.5 Kết hợp thành mạch tổng hợp USB, mạch khuếch đại 27

4.2 Thực hiện phần mềm 29

4.2.1 Lưu đồ khối chung cho phần mềm 29

4.2.2 Lưu đồ khối lập trình hiển thị lên LCD 30

4.2.3 Lưu đồ khối của phần đo lực train gages hiển thị LCD 31

4.2.4 Giới thiệu các giao diện phần mềm 32

4.2.5 Viết chương trình kiểm tra truyền dữ liệu từ vi xử lý lên máy tính .35

4.2.6 Viết chương trình kiểm tra truyền dữ liệu từ máy tính xuống vi xử

lý 36

4.2.7 Viết chương trình đo lực train gages hiển thị lên LCD 37

4.3 Kiểm tra liên kết, chạy thử nghiệm và hoàn thiện hệ thống 39

4.4 Kết quả và thảo luận 39

4.4.1 Khảo nghiệm mẫu 1 40

4.4.2 Khảo nghiệm mẫu 2 41

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42

5.1 Kết luận 42

5.2 Đề nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Trang

Hình 2.1: Một số cổng USB hiện nay 5

Hình 2.2: Sơ đồ chân của ATMEGA8535 6

Hình 2.3: Sơ đồ chân của FT232BL 10

Hình 2.4: Màn hình LCD với 2 dòng, 16 ký tự 12

Hình 2.5: Cổng COM 9 chân 14

Hình 2.6: Sơ đồ mạch nạp cổng song song AVR 16

Hình 4.1: Cấu tạo nguyên lý phần mạch nguồn cung cấp điện áp cho train gages 21

Hình 4.2: Mạch giao tiếp máy tính và vi điều khiển qua cổng USB 22

Hình 4.3: Sơ đồ mạch in của mạch USB 23

Hình 4.4: Mạch khuếch đại dụng cụ 24

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại train gages 25

Hình 4.6: Sơ đồ mạch in của mạch khuếch đại train gages 26

Hình 4.7: Mạch nạp cho AVR 27

Hình 4.8: Mạch tổng hợp giao tiếp cổng USB và đo lực train gages 28-29 Hình 4.9: Sơ đồ giao diện đầu tiên của Bascom 33

Hình 4.10: Sơ đồ giao diện Bascom khi đang viết chương trình 33

Hình 4.11: Giao diện mạch nạp cho vi điều khiển 34

Hình 4.12: Giao diện dịch file hex của mạch nạp Ponyprog 2000 34

Hình 4.13:Giao diện của Visual Basic khi chưa viết chương trình 35

Hình 4.14: Giao diện của Visual Basic hiển thị giá trị lực 35

Hình 4.15: Giá trị thu được của LCD trong khi khảo nghiệm 40

Hình 4.16: Giá trị thu được trên máy tính trong khi khảo nghiệm 41

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng địa chỉ của các thanh ghi điều khiển bộ biến đổi ADC 7

Bảng 2.2: Bảng sắp xếp các chân lối vào của bộ biến đổi ADC 8

Bảng 2.3: Nhóm giao diện UART 10

Bảng 2.4: Nhóm giao diện USB 11

Bảng 2.5: Nhóm giao diện EEPROM 11

Bảng 2.6: Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD 12

Bảng 2.6: Bảng nối các chân của LCD với vi điều khiển ATMEGA8535 13

Bảng 2.8: Bảng chức năng của các đường dẫn tới chân ở cổng RS-232 15

Bảng 2.9: Bảng sắp xếp các bít dữ liệu được truyền theo dạng nối tiếp 15

1 MỞ ĐẦU

1.1 Dẫn nhập:

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật công nghệ điện tử đã

và đang phát triển rộng rãi, đặc biệt là các thiết bị giao tiếp máy tính qua cổng USB Thiết bị này rất cần thiết đối với cuộc sống hiện đại như hiện nay Nó giúp sao chép dữ liệu một cách nhanh chóng và ít mất thời gian Đây là một công nghệ mới và nhanh chóng quen thuộc với mọi người, chính vì vậy thiết bị này được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống hằng ngày Bên cạnh đó thì máy tính cũng là một thiết bị rất phổ biến với mọi người Máy tính là một công cụ không thể thiếu được trong văn phòng, trong các nhà máy, công xưởng…Và

vi điều khiển cũng là một thiết bị lập trình không thể thiếu cho các lập trình viên kỹ thuật

Khi giao tiếp máy tính và vi điều khiển qua cổng USB, ngoài nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu, ta ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực: do áp suất, đo lưu lượng, đo tốc độ động cơ, đo nhiệt độ phòng, đo độ ẩm Trong đề tài ứng dụng để đo lực sử dụng train gages dùng vi điều khiển để lập trình và hiển thị lên LCD

1.2 Mục đích:

Thiết kế chế tạo mô hình truyền nhận dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển qua cổng USB Mục đích đề tài này là dùng cổng USB để giao tiếp với các thiết bị khác

 Thực hiện phần cứng:

 Giao tiếp qua cổng USB qua IC FT232BL thành giao tiếp qua cổng COM

 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch nguồn cung cấp

 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch vi điều khiển

 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch hiển thị LCD

 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch khuếch đại train gages

 Thực hiện phần mềm:

 Thiết kế và viết phần mềm có thể truyền nhận dữ liệu từ máy tính đến vi điều khiển và ngược lại Viết chương trình phần mềm cho train gages và hiển thị lực ra LCD và hiển thị lực lên máy tính

1.3 Giới hạn đề tài:

Giao tiếp máy tính và vi điều khiển qua cổng USB Dữ liệu sẽ được truyền nhận từ vi điều khiển đến máy tính Ứng dụng rất nhiều như là hiển thị nhiệt độ phòng, hiển thị nhiệt độ máy tính Trong đề tài này, ứng dụng làm mạch đo lực train gages và hiển thị giá trị ra LCD

2 TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu phương pháp truyền thông USB: /9/

2.1.1 Khái niệm cơ bản của USB:

USB (Universal serial bus) là một chuẩn kết nối tuần tự trong máy tính USB sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường được thiết kế dưới dạng các đầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm-là-chạy (plug and play) mà với tính năng gắn nóng (hot swapping) thiết bị (cắm

và ngắt các thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống)

2.1.2 Các thiết bị hoặc phương thức có thể giao tiếp USB hiện nay:

 Điện thoại VoIP (điện thoại gọi thông qua internet)

 Kết nối với các điện thoại di động, điện thoại thông minh (SmartPhone), thiết bị hỗ trợ cá nhân…

 Kết nối với các thiết bị lưu trữ mở rộng như: ổ Zip, ổ cứng gắn ngoài, ổ quang gắn ngoài, ổ USB…

2.1.3 Một số đặc trưng của USB:

 Mở rộng tới 127 thiết bị, có thể kết nối cùng vào một máy tính trên một cổng USB duy nhất (bao gồm các hub USB)

 Những sợi cáp USB riêng lẻ có thể dài tới 5 mét; với những hub

có thể kéo dài tới 30 mét (6 sợi cáp nối tiếp nhau thông qua các hub) tính từ đầu cắm trên máy tính

 Với USB 2.0 (tốc độ cao), đường truyền đạt tốc độ tối đa đến

in, máy quét…) không sử dụng nguồn điện từ đường truyền USB như nguồn chính của chúng, lúc này đường truyền nguồn chỉ có tác dụng như một sự so sánh điện thế của tín hiệu Hub

có thể có nguồn cấp điện riêng để cấp điện thêm cho các thiết bị

sử dụng giao tiếp USB cắm vào nó bởi mỗi cổng USB chỉ cung cấp một công suất nhất định

Hình 2.1: Một số cổng USB hiện nay

2.2 Tra cứu các linh kiện điện tử:

2.2.1 Tra cứu về bộ vi điều khiển:

 Đặc điểm của vi điều khiển ATMEGA8535: /5/

 Điện áp nguồn nuôi: 4V ÷ 6V

 118 lệnh, hầu hết được thực hiện trong 1 chu kì xung nhịp

 8 Kb RAM flash lập trình được trong hệ thống RAM flash chịu được 100000 lần ghi/xóa

 Bộ nhớ EEPROM 512 byte chịu được: 100000 lần ghi/xóa

 Bộ nhớ SRAM bên trong 512 byte.Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bit

 32 đường vào/ra lập trình được

 32 thanh ghi đa năng

 Bộ định thời watchdog lập trình được với bộ dao động bên trong

Hình 2.2: Sơ đồ chân của ATMEGA8535

 GDN: nối đất

 Cổng A (PA7÷PA0): là cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng A cung cấp đường địa chỉ,

dữ liệu vào/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài

 Cổng B (PA7 PB0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng B cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của ATMEGA8535

 Cổng C (PC7 PC0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng C cung cấp các địa chỉ lối ra khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài

 Cổng D (PD7 PD0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng D cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của ATMEGA8535

 RESET: chức năng cài đặt lại

 XTAL1: lối vào bộ khuếch đại đảo và mạch tạo xung nhịp bên trong

 XTAL2: lối vào bộ khuếch đại đảo

 ICP: là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu vào bộ định thời/đếm 1

 OC1B: là chân ra cho chức năng so sánh lối ra bộ định thời/đếm

1

 Bộ biến đổi ADC trong vi điều khiển ATMEGA8535:

4 thanh ghi: ADMUX, ADCSR, ADCH, ADCL trong vùng địa chỉ vào/ra Bằng thanh ghi ADMUX, một trong 8 kênh được lựa chọn để biến đổi tương tự số

Bộ biến đổi ADC có thể hoạt động theo 2 chế độ:

 Quá trình biến đổi được người dùng khởi động

 Quá trình biến đổi diễn ra liên tục

Bảng 2.1: Bảng địa chỉ của các thanh ghi điều khiển bộ biến đổi ADC

Việc kết thúc quá trình biến đổi, nghĩa là thời điểm mà một tín hiệu

analog đã được số hóa và sẵn sàng chờ xử lý tiếp, sẽ được báo hiệu qua 1

cờ trong thanh ghi trạng thái ADC (ADCSR) Trong thanh ghi ADCSR này,

người dùng còn có thể lựa chọn 1 trong 2 chế độ Kết quả của quá trình biến

đổi A/D được đặt các thanh ghi ADCH (bit 8 và 9) và ADCL (bit 0 đến 7)

Bảng 2.2: Bảng sắp xếp các chân lối vào của bộ biến đổi ADC được liệt kê

trong bảng sau

Tín hiệu ATMEGA8535 ADC0

ADC1 ADC2 ADC3 ADC4 ADC5 ADC6 ADC7

PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7

2.2.2 Tra cứu về chip FT232BL: /7/

 Những đặc điểm cơ bản của FT232BL:

 USB bộ chuyển đổi RS232

 USB  bộ chuyển đổi RS422 / RS485

 Nâng cấp thiết bị ngoại vi RS232 tới USB

 Vi mạch và truyền dữ liệu USB điện thoại không dây

 PDA  truyền dữ liệu USB

 Giao diện MCU thiết kế cơ bản đến USB

 Những người đọc thẻ thông minh USB

 Modems phần cứng USB

 Modems không dây USB

 Sự trang bị dụng cụ cho USB

 D2XX (những điều khiển trực tiếp qua USB + giao diện DLL S/W)

 Windows 98 và windows 98 SE

 Mô tả về FT232BL:

Hình 2.3: Sơ đồ chân của FT232BL Bảng 2.3: Nhóm giao diện UART

25 TXD OUT Truyền dữ liệu ngõ ra không đồng bộ

24 RXD IN Nhận dữ liệu ngõ vào không đồng bộ

21 DTR# OUT Điều khiển sẵn sàng thiết bị đầu cuối ngõ ra /tín

hiệu bắt tay

20 DSR# IN Điều khiển sẵn sàng đặt dữ liệu ở ngõ vào

19 DCD# IN Điều khiển sự tách sóng mang dữ liệu ở ngõ

vào

độ đánh thức từ xa được cho phép trong EEPROM Chân RI# mức thấp có thể được sử dụng để lấy lại bộ điều khiển máy tính chủ USB

từ chế độ treo

Bảng 2.4: Nhóm giao diện USB

Bảng 2.5: Nhóm giao diện EEPROM

32 EECS I/O EEPROM-chọn chip Chân EECS hoạt động kéo

theo 48MHZ tới nối mass sử dụng một con điện trở 10k Hoạt động không có điện trở ở 6 MHZ được yêu cầu 3 trạng thái trong thời gian thiết

bị reset

2.2.3 Tra cứu về bộ hiển thị LCD:

Chọn bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD có 2 dòng, 16 kí tự Việc nối ghép với vi điều khiển bằng loại 4 bit và có tổng cộng 16 chân modul hiển thị

Hình 2.4: Màn hình LCD với 2 dòng, 16 kí tự Bảng 2.6: Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD

Bảng 2.7: Bảng nối các chân của LCD với vi điều khiển ATMEGA8535

2.3 Tra cứu về phương pháp giao tiếp máy tính và vi xử lý:

2.3.1 Giao tiếp máy tính qua cổng USB: /9/

Khi một máy tính được cấp nguồn, nó truy vấn tất cả thiết bị được kết

nối vào đường truyền và gán mỗi thiết bị một địa chỉ Quy trình này gọi là liệt

kê – những thiết bị được liệt kê nối vào đường truyền Máy tính cũng tìm ra từ

mỗi thiết bị cách truyền dữ liệu nào mà nó cần để hoạt động:

Ngắt – một thiết bị chuột hoặc bàn phím, gửi một lượng nhỏ dữ liệu, sẽ chọn

chế độ ngắt

 Hàng loạt – một thiết bị như một chiếc máy in, nhận dữ liệu trong

một gói lớn, sử dụng chế độ truyền hàng loạt Một khối dữ liệu được gửi đến máy in (một gói 64 byte), và được kiểm tra để chắc chắn nó chính xác

 Đẳng thời – một thiết bị truyền dữ liệu theo chuỗi (lấy ví dụ như

loa) sử dụng chế độ đẳng thời Những dòng dữ liệu giữa thiết bị

và máy trong thời gian thực, và không có sự sửa lỗi ở đây

Máy tính có thể gửi lệnh hay truy vấn tham số với điều khiển những gói tin Khi những thiết bị được liệt kê, máy tính sẽ giữ sự kiểm tra đối với tổng băng thông mà tất cả những thiết bị đẳng thời và ngắt theo yêu cầu Chúng có thể tiêu hao 90 phần trăm của 480 Mbps băng thông cho phép Sau khi 90 phần trăm được sử dụng, máy tính sẽ từ chối mọi truy cập của những thiết bị đẳng thời và ngắt khác Điều khiển gói tin và gói tin cho truyền tải hàng loạt sử dụng mọi băng thông còn lại (ít nhất là 10 phần trăm) USB chia băng thông cho phép thành những khung, và máy tính điều khiển những khung đó Khung chứa 1.500 byte, và một khung mới bắt đầu mỗi mili giây Thông qua một khung những thiết bị đẳng thời và ngắt lấy một vị trí do đó chúng được đảm bảo băng thông mà chúng cần Truyền tải hàng loạt và điều khiển truyền tải

sử dụng phần còn lại

2.3.2 Giao tiếp máy tính qua cổng COM: /6/

Việc giao tiếp giữa vi điều khiển AVR với máy tính qua cổng RS - 232 chiếm tỉ lệ nhiều nhất trong các chương trình ghép nối mà vi điều khiển có thể

sử dụng Cổng RS-232 còn gọi COM1, COM2… Sự truyền dữ liệu qua cổng RS-232 được tiến hành theo dạng nối tiếp nghĩa là các bit dữ liệu được gửi đi trên một đường dẫn Ta dùng cổng RS-232 dạng 9 chân để làm mạch nạp cho AVR:

Hình 2.5: Cổng COM 9 chân

Bảng 2.8: Bảng chức năng của các đường dẫn tới chân ở cổng RS -232

: lối ra

Ghi chú : lối vào

CTS

RI

Việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp trong các trường hợp thông

thường đều qua đường dẫn truyền nối tiếp TxD và đường dẫn nhận nối tiếp

RxD Tất cả các đường dẫn còn lại có chức năng phụ trợ khi thiết lập và khi

điều khiển cuộc truyền dữ liệu Các đường dẫn này gọi là các đường dẫn bắt

tay vì chúng được sử dụng theo phương pháp “ký nhận” giữa các thiết bị Và

các đường dẫn này không phải lúc nào cũng đụng tới

Phương pháp truyền dữ liệu theo dạng nối tiếp được bắt đầu bằng một

bit start, sau đó là các bit dữ liệu được truyền đi, tiếp theo là một bít chẵn lẻ và

cuối cùng là 2 bit stop

Bảng 2.9: Bảng sắp xếp các bít dữ liệu được truyền theo dạng nối tiếp

It

Bit parity

Bit stop

Bit stop

giữa 0 và 5V

Và dùng cổng song song này để làm mạch nạp cho AVR:

Hình 2.6: Sơ đồ mạch nạp cổng song song cho AVR

2.3.4 Giao tiếp máy tính qua các card mở rộng (slot): /6/

Khi một máy tính xuất xưởng thì cả nhà sản xuất và người dùng đều hiểu ngầm là cấu hình máy chưa hẳn đã hoàn chỉnh, mà tùy từng mục đích sử dụng có thể thêm vào các bản mạch (card) ghép nối để mở rộng khả năng đáp ứng của máy tính Bên trong máy, ngoài các rãnh cắm dùng cho card vào/

ra (I/ O), card màn hình, vẫn còn có những rãnh cắm để trống Các rãnh cắm này được tiếp tục dùng ghép nối các bản mạch cắm thêm vào

2.4 Tra cứu về ngôn ngữ viết phần mềm:

Việc giao tiếp máy tính và vi xử lý qua cổng USB Được giả quyết dễ dàng bởi các ngôn ngữ lập trình, lập trình chạy trong DOS như: ngôn ngữ

Bascom

2.4.1 Ngôn ngữ bascom:

Bascom là ngôn ngữ lập trình cấp cao và nó được sử dụng để thay thế dần chương trình hợp ngữ

 Xuất dữ liệu ra:

 config address = output

 address = data

 Nhập dữ liệu vào:

 config address = input

 data = address

2.4.2 Ngôn ngữ visual basic:

Visual basic là ngôn ngữ lập trình cấp cao và được lập trình được theo nguyên tắc thiết kế những chương trình nhìn thấy trước kết quả

 Trường hợp dùng Mscomm:

 Xuất dữ liệu ra: Mscomm.Output = data

 Nhập dữ liệu vào: Data = Mscomm.Input

 Trường hợp dùng thư viện liên kết:

 Xuất dữ liệu ra:

Public declare Sud portOut Lib “IO.DLL” (By port As integer, by value as byte)

 Lệnh chuyển dữ liệu tức thời 16 bit vào thanh ghi con trỏ dữ liệu:

Cú pháp: mov dptr,#data16

 Lệnh này chiếm 3byte thời gian thực hiện là 2 chu kỳ máy

 Chức năng: nạp dữ liệu data 16 bit vào thanh ghi con trỏ dữ liệu dptr

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài:

3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế giao tiếp cổng USB:

Hiện nay giao tiếp qua cổng USB là giao tiếp rất mới Trên các diễn

đàn điện tử phương pháp giao tiếp này ít ai nhắc tới Từ cổng USB sau khi

qua chip FT232BL thì trở thành giao tiếp theo chuẩn RS232 Với sự có mặt

của chip này giao tiếp của chúng ta trở nên dễ dàng hơn và chip này có driver

của hãng TFDI thì mới hoạt động được Lúc này vi điều khiển lập trình sẽ trở

nên dễ dàng hơn và vi điều khiển lấy nguồn từ cổng USB

3.1.2 Chọn phương pháp thiết kế mạch khuếch đại cho train gages:

Ta dùng mạch khuếch đại dụng cụ để khuếch đại lực train gages lên

3.1.3 Phương pháp thực hiện phần điện tử:

 Thiết kế và thử nghiệm mạch giao tiếp cổng USB

 khảo sát hoạt động của mạch giao tiếp máy tính và vi điều khiển

 Thiết kế và thử nghiệm mạch khuếch đại train gages

 Khảo sát hoạt động của mạch khuếch đại dụng cụ

 Khảo sát quá trình giao tiếp giữa phần mềm và phần cứng

 Lắp ráp toàn bộ mạch trên board mạch đa năng và chạy thử

WHEASTONE

MẠCH KHUẾCH ĐẠI

VI XỬ LÝ AVR

LCD “giá trị lực”

Cổng USB MÁY TÍNH

 Chạy thử mạch giao tiếp máy tính và hiệu chỉnh

 Chạy thử mạch khuếch đại train gages và hiệu chỉnh

 Chọn cảm biến đo lực train gages

 Viết chương trình thử nghiệm

 Hoàn thiện chương trình phần mềm

 Hiệu chỉnh mạch

 Chạy thử nghiệm và kiểm tra

3.1.4 Phương pháp thực hiện phần cơ khí:

 Từ tài liệu tham khảo ta chọn ra giá đỡ cho train gages

 Lắp rắp phần điện tử vào vỏ máy

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài:

 Máy vi tính cá nhân

 Máy đo vôn kế - ampe kế - ôm kế

 Máy hàn chì, dụng cụ hút chì…

 Các dụng cụ đo phụ trợ khác

4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Thực hiện phần cứng điện tử:

4.1.1 Chế tạo phần mạch nguồn:

 Yêu cầu của mạch nguồn cung cấp:

 Điện áp cung cấp nguồn cho các IC là: + 5V, - 5V

 Mức độ ổn áp cao, không bị nhiễu trong quá trình đo

 Đủ dòng để cung cấp cho tải

 Từ những yêu cầu trên, ta thiết kế bộ nguồn có sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 4.1: Cấu tạo nguyên lý phần mạch nguồn cung cấp điện áp cho train

và có sơ đồ nguyên lý như sau:

Sau khi thiết kế mạch nguyên lý xong, tiến hành gắn linh kiện lên project board để thử mạch Thử mạch xong tiến hành chạy mạch in và sau đây là mạch in của cổng USB:

Hình 4.3: Sơ đồ mạch in của mạch USB 4.1.3 Chế tạo phần mạch khuếch đại cho train gages:

Khi chịu lực tác dụng, mạch cầu wheatstone cho ra điện áp rất nhỏ Do

đó, trước khi chuyển đổi tương tự/ số (A/D), tín hiệu này cần phải được khuếch đại Dưới hình 4.4 là sơ đồ đơn giản của mạch khuếch đại dụng cụ được sử dụng trong hệ thống đo lực Ưu điểm của mạch khuếch đại này là trở kháng lối vào rất cao, khử được nhiễu do nhiệt độ của điện trở lối vào và do dòng lối vào khuếch thuật toán, độ không tuyến tính của hệ số khuếch đại không đáng kể và việc thiết lập hệ số khuếch đại rất đơn giản

Công thức tính hệ số khuếch đại:

Trong đó:

 V1: tín hiệu điện áp ngõ vào thứ 1

 V2: tín hiệu điện áp ngõ vào thứ 2

 R1, R2, R3: điện trở của mạch có giá trị bằng nhau

Hình 4.4: Mạch khuếch đại dụng cụ

 Dưới đây là mạch nguyên lý của mạch khuếch đại train gages:

 Gồm mạch nguồn: LM7805 và LM7905 là ổn áp làm nguồn nuôi +5V và -5V

 Gồm một cầu diode dùng để điều chỉnh dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

 Gồm 3 IC OP07 để khuếch đại tín hiệu ngõ ra Dùng ngõ ra kết nối với vi điều khiển Lập trình cho vi điều khiển, rồi hiển thị lên LCD