Thiết kế bộ đo giám sát nhiệt độ đa kênh sử dụng 8051

Chính vì vậy trong lần làm đồ ánnày, được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện- Cơ, đặc biệt là cô, chúng em làm đề tài:” Thiết kế bộ đo, giám sát nhiệt độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

Khoa: Điện - Cơ

- -ĐỒ ÁN HƯỚNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Đề tài: Thiết kế bộ đo, giám sát nhiệt độ đa kênh sử dụng vi điều khiển

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

,

Hải phòng, tháng 05 năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU Trong những thập niên gần đây công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng pháttriển mạnh mẽ Kỹ thuật điện tử đã có những bước phát triển mạnh mẽ đặc biệtmạnh là trong kĩ thuật điều khiển tự động với sự ra đời và phát triển nhanh chóngcủa kỹ thuật vi điều khiển.

Hòa chung nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật thế giới, nhiều lĩnh vực kháccũng phát triển không ngừng đã làm cho thế giới nói chung và Việt Nam nóiriêng có được sự phát triển chóng mặt trong vài chục năm trở lại đây Khoa học

kỹ thuật trở thành nền tảng vững chắc thúc đẩy mạnh mẽ nắm vai trò quyết địnhtrong cuộc sống” đi tắt đón đầu”

Nhiệt độ là đại lượng vật lý gắn liền với cuộc sống của chúng ta Nó tác độngđến mọi mặt của cuộc sống Trong lĩnh vực sản xuất nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếptới quá trình vận hành hoạt động của máy móc Chính vì vậy trong lần làm đồ ánnày, được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện-

Cơ, đặc biệt là cô, chúng em làm đề tài:” Thiết kế bộ đo, giám sát nhiệt độ đakênh sử dụng vi điều khiển”

Với trình độ và thời gian còn nhiều hạn chế, chúng em đã cố gắng nhưng khôngtránh khỏi được những thiếu sót, mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài ngàycàng hoàn thiện hơn

MỤC LỤCChương I.Tổng quan đề tài……… 3 1.1.Cơ sở thực tiển của đề tài……… 3 1.2.Mục đích nghiên cứu của đề tài……… 3 1.3 Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ khối………… 3Chương II Lý thuyết thiết kế……… 5 2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35……… 5 2.2 IC chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC 0808)………

2.2 1.Giới thiệu ADC 0808……… 2.2.2.Đặc điểm bộ chuyển đổi

Chương III.Thiết kế mạch và chương trình điều

3.1.2 Nguyên lý hoạtđộng……….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI1.1 Cơ sở thực tiễn của đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật chúng ta phải nắmbắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển củakhoa học kỹ thuật thế giời nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật tự động hóanói riêng

Trong đời sống xã hội, xuất phát từ nhu cầu thực tế chúng em đã nghiêncứu và hoàn thành mạch đo nhiệt độ Nó có ứng dụng rất lớn trong ngành điềukhiển tự động, trong các doanh nghiệp có yêu cầu độ chính xác cao

1.2.Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu, bộ đo giám sát nhiệt độ đa kênh 8 bit ADC 0808 kết quả hiểnthị lên trên LCD 20x4, có chức năng cảnh báo quá nhiệt và nhiệt độ thấp

Mục đích đề tài:

- Giải quyết được vấn đề đo lường nhiệt độ

- Chuyển đổi tín hiệu đo từ tương tự sang số

- Chuyển đổi và hiển thị lên LCD 20x4

- Có cảnh báo ngưỡng nhiệt độ ( tùy người vận hành đặt)

- Mạch điện có độ tin cậy cao, dễ sử dụng

1.3.Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ khối

a.Phương pháp lựa chọn

Đề đo lường người ta có thể chọn nhiều loại cảm biến nhiệt khác nhau,mỗi loại đều có một ưu nhược điểm khác nhau vì vậy chúng được áp dụng vàothực tế phù hợp, tùy vào nhu cầu riêng Ở đây nhu cầu của chúng em là đo nhiệt

độ môi trường nên mình sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 là tối ưu nhất vì: đậy

là loại cảm biến có độ chính xác, có thể đo nhiệt độ trong dải từ -55 đô C đến

150 độ C, tiêu tán công suất thấp,…

Tuong tự, bộ chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số cũng có nhiều loại

IC nói chung giống nhau như ADC 0808,ADC 0809, ADC 0804, Nhưng ở đâychúng em dùng IC ADC 0808 vì nó có 8 đầu vào tương tự và 8 đầu tín hiệu ra số

có thể sử dụng cho hệ đo đa kênh, chọn kênh thỏa mãn yêu cầu cảu bài toán

Còn hiển thị trên LCD thì với quy mô của đề tài và với yêu cầu bài toán tadùng màn hình LCD là hợp lý

b.Sơ đồi khối

Hiển thị trên led đơn ( báo ngưỡng)

Vi điều khiển 89c51

Bộ chuyển đổi ADC

Chương II Lý thuyết thiết kế2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35

Các bộ biến đổi (Transducer) chuyển đổi các đại lượng vật lý ví dụ nhưnhiệt độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc và tốc độ thành các tín hiệu điện phụ thuộcvào bộ biến đổi mà đầu ra có thể là tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng haydung kháng Ví dụ, nhiệt độ được biến đổi thành về các tín hiệu điện sử dụngmột bộ biến đổi gọi là Thermistor (bộ cảm biến nhiệt), một bộ cảm biến nhiệtđáp ứng sự thay đổi nhiệt độ bằng cách thay đổi trở kháng nhưng đáp ứng của

100 0.817

Bảng 2.1 Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt độ LM35 là loại cảm biến tương tự, hoạtđộng chính xác, sai số nhỏ, kích thước gọn nhẹ, có giá thànhhợp lý nên được ứng dụng nhiều trong đo nhiệt độ ở thời gianthực rất phổ biến Loại cảm biến nhiệt độ tương tự này cũng rất

dễ dàng đọc thông số, giá trị đo bằng các hàm đơn giản Nó vớithể đo nhiệt độ chính xác hơn so với một điện trở nhiệt (thermistor) cùng tầmgiá Cảm biến này tạo ra điện áp có đầu ra cao hơn các cặp nhiệt điện và có thể

ko cần điện áp đầu ra được khuếch đại LM35 có điện áp đầu ra tỷ lệ thuận cónhiệt độ Celsius Hệ số tỷ lệ là 01V / ° C

Loạt các bộ cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xáccao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius.Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh.Chúng đưa ra điện áp 10mV cho mỗi sự thay đổi 10 độ C

Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra

Bảng 2.2 Loạt các cảm biến nhiệt họ LM35.

LM35 là một họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựatrên các chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay đổi của nhiệt độ , đầu ra củacảm biến là điện áp(V) tỉ lệ với nhiệt độ mà nó được đặt trong môi trường cần

đo

Họ LM35 có rất nhiều loại và nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau

Hình 2.1.Cảm biến nhiệt độ LM35

LM35 có độ chuẩn xác hơn kém 0,4 ° C ở nhiệt độ phòng bình thường vàhơn kém 0,8 ° C trong khoảng 0 ° C đến + 100 ° C Một đặc tính quan trọng hơncủa cảm biến này là rằng nó chỉ thu được 60 microamps từ nguồn cung ứng và

có khả năng tự sưởi ấm thấp

+ Một số tính chất của cảm biến LM35:

Đầu ra của cảm biến này thay đổi diễn tả tuyến tính

Điện áp o / p của cảm biến IC này tỉ lệ với nhiệt độ Celsius

Công suất tiêu thụ là 60uA

Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC

Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C

Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°Cngoài khoảng -55°C tới 150°C

2.2 IC chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC 0808) 2.2.1.Giới thiệu ADC 0808

Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ( ADC 0808) là một thiết

bị CMOS tích hợp với bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bit, bộ chọn 8 kênh

pháp chuyển đổi xấp xỉ Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất cứ kênh nào trongcác ngõ vào tương tự một cách độc lập.

Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài vàkhả năng điều chỉnh tỷ số làm tròn ADC 0808 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xửlý

Hình 2.2 Bộ chuyển đổi ADC 0808Chân 1 IN3 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 3

Chân 2 IN4 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 4

Chân 3 IN5 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 5

Chân 4 IN6 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 6

Chân 5 IN7 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 7

Chân 6 START - chân điều khiển tín hiệu bắt đầu quá trình biến đổi ADC

Chân 7 EOC - Chân phát tín hiệu báo kết thúc quá trình chuyển đổi ADC

Chân 8 2 (-5) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 5

Chân 9 OUT EN - Chân cho phép xuất

Chân 10 CLK - Chân nhận nguồn xung Clock

Chân 11 Vcc - Chân nhận điện nguồn dương

Chân 12 Vref+ - Chân nhận(input) điện áp tham chiếu Chân 13 GND - Chân nhận điện áp âm(Ground=0v) Chân 14 2(-7) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 7

Chân 15 2(-6) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 6

Chân 16 Vref- - Voltage Reference Negative Input

Chân 17 2(-8) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data bit 8

Chân 18 2(-4) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 4

Chân 19 2(-3) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 3

Chân 20 2(-2) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 2

Chân 21 2(-1) - Ngõ ra Tín hiệu số- Data Bit 1

Chân 22 ALE - Address Latch Enable

Chân 23 ADD C - Address Input

Chân 24 ADD B - Address Input B

Chân 25 ADD A - Address Input A

Chân 26 IN0 - ngõ vào tín hiệu Analog Input 0

Chân 27 IN1 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 1

Chân 28 IN2 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input 2

*Đặc điểm của ADC0808

+ Độ phân giải 8 bit

+ Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng

+ Không cần điều chỉnh zero hoặc đẩy thang

Bảng 2.3 Chọn kênh trong bộ ADC 0808

Sau khi tách xung Start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạtđộng ở cạnh sườn xuống của xung Start, ngõ ra OEC sẽ xuốngthấp sau khoảng 8 xung clock( tính từ sường dốc xuống củaxung start) Lúc này bít có trọng số lớn nhất(MSB) được đặt lênlên mức 1, tất cả các bít còn lại ở mức 0 đồng thời tạo ra điệnthế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vàoIN

+ Nếu Vin > Vref/2 thì bít MSB vẫn ở mức 1

+ Nếu Vin<Vref/2 thì bít MSB ở mức 0

Tương tự như vậy bít kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo rađiện thé có giá trị Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vàoVin Qua trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khí xác định được bitcuối cùng Khi đọc chân EOC lên mức 1 báo cho đã kết thúcchuyển đổi

Mã ra N cho một ngõ vào là một số nguyên tùy ý:

Trong đó:

Vin : Điện áp ngõ vào hệ so sánh

Vref(+) : Điện áp tại chân REF(+)

Vref(-) : Điện áp tại chân REF(-)

Nếu chọn Vref(-)=0 thì

Vref(+)=Vcc=5V thì đẩy thang là 256

- Giá trị bước nhỏ nhất

1LSB==0.0196 V/byte

Vậy với 256 bước Vin=5V

Áp vào lớn nhất của ADC 0808 là 5V

*Biểu đồ thời gian của ADC 0808

Hình 2.3.Biểu đồ thời gian của ADC 08082.2.2.Đặc điểm bộ chuyển đổi ADC

Phần quan trọng của hệ thống thu dữ liệu của chíp đơn này là bộ chuyểnđổi analog thành digital 8 bít của nó Bộ thiết kế để cho nhanh, chính xác,và

có thể lặp lại nhiều chuyển đổi trên phạm vi rộng của nhiệt độ.Bộ chuyển đổiđược chia làm 3 phần chính:

+) Mạng bậc thang 256R

+) Thanh ghi phép tính xấp xỉ liên tục

+) Bộ so sánh

Các đầu ra kỹ thuật số của bộ chuyển đổi là đúng tuyệt đối

Phương pháp mạng bậc thang (hình 1) đã được chọn trên bậc thangthường R/2R vì tính cương đơn sắc (mono-tonicity) của nó đều đảm bảokhông mất các mã digital.Tính đơn sắc là đặc biệt quan trọng trong vòng lặpkín những hệ thống điều khiển phản hồi Quan hệ không có tính cương đơn

sắc có thể là lý do những dao động của nó sẽ là thảm khốc (catastrophic) đốivới hệ thống Ngoài ra mạng bậc thang 256R đã không là lý do nạp biến trênđiện áp tham chiếu

Hình 2.4 Mạng nấc bậc thang Nút nhấn điện trở ở đáy và điện trở ở đỉnh của mạng bậc thang ở hình 2.4 làkhông cùng giá trị như chỗ còn lại của mạng.Sự khác nhau trong những điệntrở này là nguyên do đặc tính đầu ra để cân xứng với những điểm zero vàfull-scale của đường cong chuyển giao.Sự chuyển tiếp đầu ra đầu tiên xuấthiện khi tín hiệu analog đạt đến +1/2 LSB và những chuyển tiếp đầu ra tiếptheo xuất hiện cứ 1 LSB muộn hơn lên đến full-scale

Thanh ghi phép tính xấp xỉ liên tục(SAR): thực hiện 8 lặp đi lặp lại đến xấp

xỉ điện áp vào.Đối với bất cứ kiểu chuyển đổi SAR nào n lặp lại đối với yêucầu chuyển đổi nbít.Hình 2 trình bày ví dụ tiêu biểu của bộ chuyển đổi 3bít.Trong ADC0808;ADC0809 kỹ thuật phép tính xấp xỉ là tùy thuộc vào 8bít đã sử dụng mạng 256R

Hình 2.5 Lưới điện trởThanh ghi phép tính xấp xỉ liên tục của bộ chuyển đổi A/D(SAR) thì lạiđặt trên sườn dương của xung bắt đầu chuyển đổi SC.Sự chuyển đổi bắt đầutrên sườn đi xuống của xung bắt đầu chuyển đổi.Sự chuyển đổi theo quá trình

sẽ bị gián đoạn do nhận được xung bắt đầu chuyển đổi mới.Sự chuyển đổiliên tục có thể được hoàn thành do liên kết end-off-conversion(EOC) đầu ravới SC đầu vào.Nếu thường dùng trong chế độ này xung chuyển đổi bắt đầubên trong nên được áp dụng sau khi tăng năng lượng end-offconversion(EOC) sẽ xuống thấp giữa 0 và 8 nhịp đồng hồ sau sườn tănglên của bắt đầu chuyển đổi

Phần quan trọng nhất của bộ chuyển đổi A/D là bộ so sánh.Thực ra phầnnày chịu trách nhiệm đối với nền tảng chính xác của toàn bộ sự chuyển đổi

Nó còn được gọi là bộ so sánh độ lệch (dirft) có ảnh hưởng lớn đến năng lực

lặp lại của thiết bị.Bộ so sánh ổn định ngắt (chopper-stabilized) cung cấpphương pháp hiệu quả nhất về thỏa mãn tất cả nhu cầu chuyển đổi.

Hình 2.6.Đường cong lỗi điển hình

Bộ so sánh ổn định ngắt chuyển đổi tín hiệu đầu vào DC thành tín hiệuAC,Tín hiệu này sau đó cung cấp(fed) qua bộ khuyếch đại AC cao hơn và cómức DC được phục hồi.Kỹ thuật này giới hạn sự sai lệch thành phần của bộkhuyếch đại bởi sự sai lệch thành phần DC mà không được truyền nhờ bộkhuyếch đại AC.Điều này làm cho toàn bộ bộ chuyển đổi A/D cực kỳ nhạycảm với nhiệt độ,lệch lâu dài và tín hiệu vào,ra nhiều lỗi.Hình 2.6 trình bàyđường cong lỗi tiêu biểu đối với ADC0808 khi được đo với cách dùng cácthủ tục được thảo ra trong AN179

2.3.Vi điều khiển 89C51

2.3.1.Giới thiệu vi điều khiển 89C51

MSC-51 là một họ Vi điều khiển (Microcontroller) do nhiềuhãng sản xuất Tiền thân là Intel với vi xử lý kinh điển 8051(được Intel sản xuất vào năm 1980), sau đó họ này được pháttriển vượt bậc với trên 250 thành viên và được các công ty bándẫn hàng đầu thể giới chế tạo như Intel, AMD, Atmel, Siemens,Philips, Dallas, OKI,… Các dẫn xuất này đều có chung một kiếntrúc giống với vi điều khiển Intel 8051 , thêm vào đó, tùy theotừng loại mà các chíp dẫn xuất được tích hợp thêm các ngoại vikhác nhau (như ADC, SPI, EEPROM, capture/compare channels,

…), tính năng cũng được nâng cao để phù hợp với các ứng dụngngày càng phức tạp Tiêu biểu cho họ MCS-51 là vi điều khiểnAT89C51

Họ MCS-51 được chế tạo thành chip dạng PDIP, PQFP/TQFP

và PLCC Ta thấy rằng với trên 250 thành viên khác nhau thì sốlượng và chủng loại của họ này là vô cùng lớn Khi sử dụng cụthể vi xử lý gì, người dùng cần tra các tính năng cua chip tươngứng Hiện nay tại Việt Nam loại vi xử lý trong họ MCS-51 hay sửdụng là PDIP AT89C51/52

Trong bảng dưới đây trình bày so sánh và phân biệt một số

vi mạch vi xử lý của Intel cơ sở nằm trong họ MCS-51 Điểmkhác nhau giữa hai loại là 8051-8052 chứa 4KB và 8KB-ROM nội,còn 8031 không chứa ROM nội và lấy chương trình từ ROMngoài Sơ đồ 8951 giống 8051 song chứa EEPROM, có thể nạpchương trình nhiều lần cho vi xử lý

Ngắ t

Vc c

Đóng vỏ

Bảng 2.5: Các phiên bản của 8051 từ Atmel (Flash ROM).

Chữ C trong ký hiệu AT89C51 là CMOS

Cũng có những phiên bản đóng vỏ và tốc độ khác nhaucủa những sản phẩm trên đây Ví dụ để ý rằng chữ “C” đứngtrước số 51 trong AT 89C51 -12PC là ký hiệu cho CMOS “12” kýhiệu cho 12 MHZ và “P” là kiểu đóng vỏ DIP và chữ “C” cuối

cùng là ký hiệu cho thương mại (ngược với chữ “M” là quân sự ).Thông thường AT89C51 - 12PC rất lý tưởng cho các dự án củahọc sinh, sinh viên

2.3.2.Vi điều khiển AT89C51

AT 89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theocông nghệ CMOS có những đặc tính sau:

- 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghixoá

- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz 2

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/counter 16 Bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64 KB vùng nhớ mã ngoài

- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

- 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia ( 4 chu kỳ máy đối với thạch anh12MHz)

- Có các chế độ nghỉ( Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm down)

Ngoài ra, một số IC khác của hộ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và 256byte RAM nội

a.Sơ đồ khối của AT89C51

Hình 2.6.Sơ đồ cấu trúc AT89C51

Hình 2.7 Sơ đồ chân của AT89C51

Vi xử lý AT89C51 có 40 chân thì có 32 chân dành cho cáccổng P0, P1, P2, P3 với mỗi cổng có 8 chân Các chân còn lạiđược dành cho nguồn VCC, đất GND, các chân dao động XTLA1

và XTLA2, chân reset RST, cho phép chốt địa chỉ ALE, truy cậpđịa chỉ ngoài , cho phép cất chương trình

b.Chức năng các chân của AT89C51

-VCC(Chân 40): chân cung cấp điện Nguồn điện cung cấp là +5V sai số0.5V

-GND( Chân 20): chân nối đất

-Port 0: gồm 8 chân 32-39 (P0.0…P0,7)

Port 0 là port có 2 chức năng Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộnhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO Đối với các thiết kế cỡlớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

-Port1: chân 1-8 (P1.0…P1.7)

Port 1 là port IO Có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếucần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng chogiao tiếp với các thiết bị bên ngoài

-Port 2: chân 21-28 (P2.0….P2.7)

Port 2 là port có tác dụng kép Được dùng như các đường xuất nhậphoặc byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng -Port 3: chân 10-17 (P3.0…P3.7)

Port 3 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong.Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi cóliên hệ với các đặc tính đặc biệt của 8951

Bit Tên Chân Địa chỉ Bit Chức năng

P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếpP3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếpP3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 B4H Ngõ vào bộ định thời hoặ bộ đếm 0P3.5 T1 B5H Ngõ vào bộ định thời hoặc bộ đếm 1P3.6 WR B6H Điều khiến ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2.7.Chức năng chân của cổng P3

-RST (Chân số 9) : Ngõ vào reset

Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao động đanghoạt động sẽ reset AT89C51

-ALE/ PROG ( Chân 30) :

Xung của ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (address latch enable) chophép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài.Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình ( PROG ) trongthời gian lập trình Flash

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần sốbằng 1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng chocác mục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung clock Tuy nhiên cần

lưu ý là một xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kỳ truy xuất bộ nhớ

dữ liệu ngoài

Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vôhiệu hoá bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉbyte là 8EH Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực tring thời gian thựcthi lệnh MOVX hoặc MOVC Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mứccao Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽkhông có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang chế độ thực thi chươngtrình ngoài

- PSEN (Chân 29) :

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (program store enable)điều khiển truy xuất bộ nhớ chuơng trình ngoài Khi AT89C51 đang thựcthi chương trình trong bộ nhớ chương trình ngoài, PSEN tích cực 2 lầncho mỗi chu kỳ máy, 5 ngoại trừ trường hợp 2 tác động của PSEN bị bỏqua cho mỗi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

- EA / Vpp (Chân 31) :

Chân cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài EA (external access enable)phải được nối với GND để cho phép chip vi điều khiển tìm nạp lệnh từcác vị trí nhớ của bộ nhớ chương trình ngoài, bắt đầu từ địa chỉ 0000Hcho đến FFFFH Tuy nhiên cần lưu ý là nếu có bit khoá 1(clock bit 1)được lập trình, EA sẽ được chốt bên trong khi reset

EA nên nối với Vcc để thực thi chương trình trong chip

Chân EA / Vpp còn nhận điện áp cho phép lập trình Vpp trong thờigian lập trình cho Flash, điện áp này cấp cho các bộ phận có yêu cầuđiện áp 12V

Hình 2.8.Mạch tạo dao động c.Tổ chức bộ nhớ :

8051(8951) có bộ nhớ chương trình theo cấu trúc Harvard: có những vùngcho bộ nhớ riêng biệt cho chương trình dữ liệu Như đã nói ở trên, cả chươngtrình và dữ liệu có thể ở bên trong 8951, dù vậy chúng có thể được mở rộngbằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64Kbytes bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chíp, RAM trên chip baogồm nhiều phần: Phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hoá từng bit, cácbank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

FFFFF

Hình 3

Hình 2.9 Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8051/89S51 Hai đặc tính cần lưu ý là:

- Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thểđược truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác

- Ngăn xếp trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi xử

lý khác

Bộ nhớ dữliệu đượcchọn qua WR

và RD

Bộ nhớ chươngtrình được chọnqua PSEN

Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùngcách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.

Lệnh này di chuyển một bit dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xácđịnh “địa chỉ nguồn” (5FH) Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mãlệnh là thanh ghi tích luỹ A

RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếpqua R0 hay R1

Lệnh đầu dùng địa chỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 vàlệnh thứ hai dùng địa chỉ trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vàothanh ghi tích lũy

2.4 Khối nguồn

Khối này là mạch điện dùng để ổn áp điện thế ở khoảng5V, cấp nguồn ổn định cho vi điều khiển hoạt động Có nhiềuloại mạch ổn áp khác nhau, trong đó mạch ổn áp dùng IC ổn áp

7805 thường được sửa dụng vì mạch này dễ thực hiện mà hiệuquả đem lại cao

a.Chức năng:

Khối nguồn có chức năng vô cùng quan trọng, nó cungcấp nguồn ổn định cho tất cả các phẩn tử trong mạch Muốnmạch hoạt động ổn định thì điều kiện là phải có bộ nguồn ổnđịnh cung cấp cho mạch

b.Sơ đồ nguyên lý

Khối nguồn gồm có IC 7805, Tụ điện, Diode

Hình 2.10.Khối nguồnĐiện áp vào là điện áp 1 chiều DC có giá trị điện áp từ 7 – 12V,điện áp này được đi qua diode và được nạp vào tụ hóa rồi đi đến

IC 7805 cho điện áp ra 5V DC rồi được nạp vào tụ hóa rồi đi quadiode cung cấp nguồn cho toàn mạch

IC 7805 là IC ổn áp, IC này giữ điện áp ngõ ra ổn định trongkhoảng 5V

Hình 2.11.Sơ đồ IC 7805

Pin Chức năng Tên

3 Điện áp đầu ra; 5V (4,8V-5,2V) Đầu ra

Bảng 2.8 Chức năng chân của IC7805

IC ổn áp L7805 là mạch tích hợp sẵn trong gói TO-220 với một điện

áp đầu ra cố định là 5V, yêu cầu điện áp đầu vào tối thiếu là 7V IC L7805 có thếcung cấp điện áp đầu ra với dòng điện lên đến 1A

Đối với IC L7805 hiện nay đều có tích hợp bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ ngắnmạch và giữ vùng hoạt động an toàn các phần tử trong mạch, để bảo vệ cho nó

về cơ bản không thể phá hủy

c Ưu, nhược điểm của IC 7805

Ưu điểm

- Mặc dù các tụ điện bên ngoài thường được yêu cầu, IC loạt 7805 không yêucầu các thành phần bổ sung để đặt điện áp đầu ra của chúng Thiết kế 7805 đơngiản so với thiết kế cung cấp điện ở chế độ chuyển đổi

- IC loạt 7805 có tích hợp bảo vệ chống lại mạch điện quá nhiều dòngđiện Chúng có khả năng bảo vệ chống quá nhiệt và ngắn mạch, khiến chúng trởnên mạnh mẽ trong hầu hết các ứng dụng

Nhược điểm

- Điện áp đầu vào phải luôn luôn cao hơn điện áp đầu ra bằng một số lượngtối thiểu (thường là 2,5 volt) Điều này có thể làm cho các thiết bị này khôngphù hợp để cấp nguồn cho một số thiết bị từ một số nguồn năng lượng nhất định(ví dụ: cấp nguồn cho mạch điện yêu cầu 5 volt sử dụng pin 6 volt sẽ không hoạtđộng khi sử dụng 7805) Đối với điện áp đầu vào gần hơn với điện áp đầu ra, cóthể sử dụng bộ điều chỉnh giảm thấp tương thích pin (LDO)

- Vì chúng dựa trên thiết kế bộ điều chỉnh tuyến tính, dòng điện đầu vào cầnthiết luôn giống với dòng điện đầu ra Vì điện áp đầu vào phải luôn luôn cao hơnđiện áp đầu ra, điều này có nghĩa là tổng công suất (điện áp nhân với dòng điện)

đi vào 78xx sẽ nhiều hơn công suất đầu ra được cung cấp Sự khác biệt đượctiêu tan như nhiệt Điều này có nghĩa là cả hai ứng dụng đều phải cung cấp một