Nghiên cứu, thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường hiển thị trên LCD

Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử.. Trong thời gian nghiên cứu v

MỤC LỤC

6

1.2.4 Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển AT89C52 12

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 37

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày… tháng …năm…

Chữ ký của giáo viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô Trường ĐH sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

đã dạy dỗ chúng em trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô NGUYỄN THỊ THẮM đã tận tình hướng

dẫn chúng em trong thời gian làm đồ án

Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện Đồ Án của chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình được hoàn chỉnh hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này có sự đóng góp rất lớn của ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý Và đang lấn dần vào tất cả các ngành khoa học - kỹ thuật khác và đã đáp ứng được hầu hết nhu cầu của người dân Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử.

Việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi

người Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ và độ ẩm hiển thị trên LCD ” Thông qua đề tài này

chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu,

bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn trong tương lai Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của các

thầy cô giáo, các bạn và đặc biệt là với sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thị Thắm chúng em đã hoàn thành khá tốt đồ án lần này.

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhưng với kinh nghiệm và khả năng còn hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậy chúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện

Đỗ Trung Nguyên

Đào Văn Nguyên

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu về LCD 16x2

 LCD (Liquid Crytal Direct) TC16C2 là màn hình hiển thị thể lỏng gồm có:

+ LCD

+Bộ Driver (Mạch điều khiển )

Màn hình LCD và bộ Driver đã được thiết kế tích hợp sẵn với nhau bởi nhà sản xuất, khi sử dụng chỉ cần giao tiếp với bộ Driver qua các chân LCD 16x2 Là loại màn hình hiển thị được 16 kí tự x2 dòng, bao gồm tất cả các kí tự chuẩn và một số kí tự đặc biệt nhưng không có kí tự có dấu tiếng Việt.

1.1.1 Sơ đồ chân của LCD 16x2

Hình 1 Sơ đồ chân của LCD 16x2

1.1.2.Chức năng và nhiệm vụ của các chân

STT

chân

Kí hiệu

Chức năng chân

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta

nối chân này với GND của mạch điều khiển

2 Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch

ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối

chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với

bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi

dữ liệu DR bên trong LCD.

5 R/w Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối

chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu

được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.

DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition)

ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

Tám đường của bus

dữ liệu

DB7 , bit MSB l

14 D7

1.1.3 Giá trị điện áp

K í

H iệu

Điều kiện

n vị

V

Vdd=

1, 2

A

0 0 C

4, 2

4, 8

5 ,1

25

0 C

3, 8

4, 2

4, 6

4,

0

4, 4

V

Bảng giá trị điện áp của màn hình LCD

1.2.Giới thiệu về AT89S52

1.2.1 Sơ đồ chân AT89C52

Hình 2 Sơ đồ chân của AT89C52

-32 chân I/O lập trình được.

-Kiểu chân : PDIP40.

1.2.3 Cấu tạo và chức năng các chân

- RxD: Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.

- TxD: Truyển tín hiệu kiểu nối tiếp.

- /INTO: Ngắt ngoài 0.

- /INT1: Ngắt ngoài 1.

- T0: Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0.

- T1: Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1.

- /Wr: Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài.

- /Rd: Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài.

- RST: Chân vào reset, tích cực ở mức logic cao

- XTAL1: Chân vào mạch khuyếch đại dao động.

- XTAL2: Chân ra mạch khuyếch đại dao động.

- PSEN: Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài(ROM ngoài).

- ALE(/PROG): Chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoài.

- /EA/Vpp: Cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài

- Vcc: Cung nguồn cho On-chip(+5v)

- GND: Nối mass

1.2.4.Khái quát về chức năng các port trong vi điều khiển AT89C52

Là port có chân từ 21 đến 28 có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ xuất

nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 - bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liêụ ngoài.

- Port 3:

Là các port có chân từ 10 đến 17 Có chức năng như các đường I/O Ngoài

ra còn có chức năng đặc biệt sau:

- Con trỏ ngăn xếp:

Con trỏ ngăn xếo (SP) là một thanh ghi 8 bít ở địa chỉ 81H Nó chứa địa

chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ đọc dữ liệu và làm giảm SP.

- Con trỏ dữ liệu:

Con trỏ dữ liệu DPTR được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi

16 bit ở địa chỉ 82H (DPL: byte thấp) và 83H (DPH: byte cao).

- Các thanh ghi port xuất nhập:

Các Port của 89C52 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H, Port

2 ở địa chỉ A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H Tất cả các Port đều được địa chỉhóa từng bit Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi.

- Các thanh ghi định thời

89C52 chứa 3 bộ định thời đếm 16 bit được dung trong việc định thời

hoặc đếm sự kiện Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0: byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao) Việc vận hành timer được set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit

- Các thanh ghi port nối tiếp (SBUF)

Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa chỉ hóa từng bit) ở địa chỉ 98H.

- Các thanh ghi ngắt:

89C52 có cấu trúc 6 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt sau bị cấm sau

khi reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ 8AH Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bít.

1.4 Giới thiệu về cảm biến độ ẩm DHT11

1.4.1.Giới thiệu

DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Nó ra đời sau và được sử dụng thay thế chodòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm

Hình 4 Sơ đồ chân cảm biến DHT11

- DHT11 có cấu tạo như hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.

2 Nguyên lý hoạt động

Để giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:

o Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.

o Khi đã giao tiếp được với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ

o MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ và

o MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào

o Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11.

o Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo lên cao trong 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 không Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình

o DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:

§ Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

§ Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

§ Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

§ Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

ð Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt

độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.

o Đọc dữ liệu: Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm.

Sau khi tín hiệu được về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1 Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us là 1 Do

đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us Nếu giá trị

đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì giá trị đo được là 1.

Cứ như thế ta đọc các bit tiếp theo.

1.5 Giới thiệu về IC ổn áp 7805

1.5.1.Sơ đồ chân

1.5.2.Thông số kĩ thuật

Điện áp ổn định: 5V

1.5.3.Nguyên lý hoạt động

Khối mạch và chỉnh lưu: Sử dụng diode cầu 5A để chỉnh lưu điện áp xoay chiều có

giá trị hiệu dụng ta lấy là 12V Chúng kết hợp với tụ chỉnh lưu để tạo ra điện áp DC có giá trị 15V.

Khối mạch ổn áp và nâng dòng: Có nhiệm vụ tạo điện áp ổn định 5V ở đầu ra Sử

dụng IC 7805 để chuyển điện áp đầu vào 15V thành điện áp có mức 5V IC cho dòng ra định danh là 1A tuy nhiên trên thực tế thì dòng ra khoảng 500mA Do vậy, để tạo ra nguồn cung cấp 3A chúng ta cần sử dụng mạch nâng dòng.

Khối bảo vệ áp: Bảo vệ nguồn khi điện áp đầu ra tặng vọt khỏi giá trị 5V Bằng

cách đóng role ngắt mạch nguồn khỏi điện áp vào Nếu điện áp đầu ra lớn hơn 5V sẽ dẫn nhờ cầu phân áp.

Khối bảo vệ dòng: Để bảo vệ dòng định mức ở mức 3A Nếu tăng hơn mức 3A hoặc

trường hợp ngắn mạch đầu ra thì mạch bảo vệ dòng sẽ đóng role điện áp vào.

Vậy ta đã biết nguyên lý hoạt động của mạch nguồn 5V sử dụng IC 7805, việc thiết

kế sẽ dễ dàng hơn, tùy vào sở thích của mỗi người mà thiết kế cho mình bảng mạch phù hợp nhé.

1.6 Các linh kiện điện tử thụ động

1.6.1 Điện trở

a Khái niệm: Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng

điện theo mong muốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra sự phân cấp điện áp ở mỗi vị trí bên trong mạch điện Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc với cả tín hiệu một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nó không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động nên nó.

Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn.

Điện trở thường Điện trở Công

Suất

Điện trở Công Suất

b.Phân loại

- Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W.

- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này

có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt.

- Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên than lớp cách điện thường bằng sứ, có trị số điện áp thấp nhưng công suất làm việc lớn từ 1W đến 25W.

- Điện trở màng kim loại: Chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr.

Trở thường

1.6.2 Tụ điện

a Khái niệm

- Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong

các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.

- Tụ phân cực: Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phân mỏng làm điệjn môi Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao Loại tụ này

có sự phân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thì lớp đijện môi

sẽ bị phá hủy làm hư hỏng tụ.

- Trong thực tế chúng ta thường gặp các loại tụ như sau:

+ Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa

có tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF và có điện áp làm việc tương đối cao + Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF - 10nF và thường làm việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền.

+ Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng hình trụ,

có trị số từ 1nF - 1μF.

+ Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước và sai số lớn, trị số

+ Tụ tan tang: Loại tụ này được chế tạo ở hai dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục và

Tụ này có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung cũng lớn khoảng 0,1 μF - 100 μF.

+ Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh.

1.7.Các linh kiện điện tử tích cực

1.7.1 Diode

a Khái niệm: Điốt là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó

theo một chiều mà không theo chiều ngược lại Có nhiều loại điốt bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thông thường, điốt Zener, LED.

Hình 7 Các loại Diode trong thực tế

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Cấu tạo: Diode bán dẫn được cấu tạo dựa trên chuyển tiếp P - N của hai chất bán dẫn khác loại Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bán dẫn N gọi là Katot Trong kỹ thuật điện thường được kí hiệu như sau:

 Nguyên lý hoạt động: Diode sẽ dẫn điện theo hai chiều không giống nhau Nếu phân cực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa Nếu phân cực nghịch thì diode dẫn điện rất yếu, thực chất chỉ có dòng điện rò Nói một cách gần đúng thì xem như diode chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn.

c Phân loại

- Theo công dụng thì ta có: Diode ổn áp, Diode phát quang, Diode thu quang,

Diode biến dung, Diode xung, Diode tác song, Diode tách sóng.

+ Diode phát quang được sử dụng ở điều khiển tivi, đèn led ở biển quảng cáo, nó phát ra ánh sang.

+ Diode chỉnh lưu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn.

+ Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điện thoại, sóng cao tần, siêu cao tần.

+ Diode tách sóng là loại diode nhỏ, vỏ bằng thủy tinh và còn được gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện dung kí sinh, Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách song tín hiệu + Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50 Hz Diode này thường có 3 loại là: 1A, 2A và 5A.

- Diode Zenner có cấu tạo tương tự như diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn

P-N ghép với nhau Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược Khi phân cực thuận Diode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode Zenner sẽ ghim lại một mức điện áp cố đingj bằng giá trị ghi trên Diode.