Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp. Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng thiết thực trong đó là ứng dụng về nhiệt kế điện tử. Với môn học Vi điều khiển này, em đã quyết định nhận làm đồ án với đề tài ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy thanh để hiển thị số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp,khoảng đo [45-55] hz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN

MÔN: VI XỬ LÝ VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số

đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz.

ĐỀ BÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 LED 7 thanh để hiển thị

số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp, khoảng đo [45-55]Hz Hệ thống gồm có :

+ 01 Vi điều khiển 89C51RD2

+ Ghép nối 04 LED bảy thanh

+ Ghép nối mạch chuẩn hóa đo tần số

+ Ghép nối 2 đèn LED cảnh báo ngưỡng thấp , ngưỡng cao

+ Hai nút ấn RUN, STOP

Hoạt động: Khi ấn RUN ,hệ thống thực hiện đo tần số; còn khi ấn, STOP hệ

thống lưu lại giá trị đo cuối cùng

MỤC LỤC

Contents

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành

và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Một trong những ứng dụng thiết thực trong đó là ứng dụng về nhiệt kế điện tử

Với môn học Vi điều khiển này, em đã quyết định nhận làm đồ án với đề tài ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy thanh để hiển thị số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp,khoảng đo [45-55] hz

Nội dung báo cáo gồm 3 phần:

I – Cơ sở lý thuyết

II – Nội dung thiết kế

III – K t lu nế ậ

Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do thời gian ngắn và năng lực còn hạn chế nên mạch vẫn còn những sai sót Em mong thầy giáo và các bạn góp ý để việc học tập của em được tốt hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

HỆ THỐNG HIỂN THỊ SỐ ĐO VÀ CẢNH BÁO TẦN SỐ LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

I Cơ sở lý thuyết

1 Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051

AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory)

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới

1000 chu kỳ

- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz

- 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

1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51

Sơ đồ khối của AT89C51

Sơ đồ chân của AT89C51

1.2 Chức năng các chân của AT89C51

+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra,

port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được

sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus

Port 0

+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit

và byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

Port 1

+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép Là

đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

Port 2

+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức

năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0

P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Port 3

+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta

phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz

+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường

được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn thường là 12MHz

+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc

mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng

+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một

thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ

+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ

nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải

mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao)

+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V –

5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)

2 Sơ lược về led 7 thanh

2.1 Tổng quát

Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn

8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện

8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0

Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.

Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu

điều khiển

Sơ đồ vị trí các led

Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V

Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b Tương tự với các chân và các led còn lại

2.2 Kết nối với Vi điều khiển

Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn Như vậy led 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn" Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mã dành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b

và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và

c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V(mức 1)

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn:

• Phần cứng được kết nối với 1 Port bất kì của Vi điều khiển, để thuận tiện cho việc xử lí về sau phần cứng nên được kết nối như sau: Px.0 nối với chân a, Px.1 nối với chân b, lần lượt theo thứ tự cho đến Px.7 nối với chân h

• Dữ liệu xuất có dạng nhị phân như sau : hgfedcba

Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0):

Số hiển thị trên led

3.Chuyển đổi tín hiệu sine đầu vào của lưới điện thành xung vuông sử dụng LM324

3.1 Cấu tạo IC LM324

II Nội dung thiết kế

1 Lưu đồ thuật toán chương trình

S

Đ

ljmp main ;nhay den chuong trinh main ngay sau khi MCU chay

; -chuong trinh phuc vu

Z5 equ 4bh

shf equ 34h ;chon led de quet

thp2 equ 50h ;hang chuc cua tan so

thp1 equ 51h ;hang don vi cua tan so

dv equ 52h ;chu so sau dau ',' thu nhat

ch equ 53h ;chu so sau dau ',' thu hai

digit equ 54h

T_up equ 36h

T_lm equ 37h ;100*10 ms lay mau mot lan

ZOV equ 00h

ON equ P1.0

OFF equ P1.1

CB_Cao equ P1.2 ;LED bao vuot nguong cao

CB_Thap equ P1.3 ;LED bao vuot nguong thap

; -chuong trinh

clr EA ;cam tat ca cac ngat

mov digit,#0f7h ;bat led thp2 dau tien

mov P2,#0ffh

mov P0,#0ffh ;tat tat ca cac led

mov P1,#0ffh

mov T_up,#0

mov T_lm,#100 ;t = T_lm*10ms

mov F_Max,#55 ;dat can tren canh bao

mov F_Min,#45 ;dat can duoi canh bao

mov shf,#thp2 ;byte de dieu khien hien thi cac led 7 thanh

mov TMOD,#11h ;khoi tao timer0,timer1 o che do 16 bit

setb IT0 ;thiet lap ngat ngoai theo suon xuong

setb PX0 ;cho piority cua INT0 cao nhat

setb ET0 ;cho phep ngat ngoai Timer1

cjne a,T_lm,ko_update ;kiem tra neu t_up = t_lm thi update lai du lieu

neu khong thi thoi

mov T_up,#0 ;xoa t_up chuan bi cho lan tinh tiep theo

lcall Tinh_tanso ;goi chuong trinh tinh tan so

lcall canhbao ; kiem tra tan so va canh bao neu nam

; -cac lenh trong chuong trinh ngat nhu lenh nhay toi chuong trinh phuc

vu ngat, cac lenh xoa bo dem

mov X0,Z0 ;chuyen gia tri tich vao lam so bi chia

; -tinh chu so hang chuc cua tan so va luu vao byte

ch -; -tinh chu so hang don vi cua tan

so -; -tinh chu so sau dau phay thu nhat va thu

end

Khối nút ấn và nút cảnh báo

Khi RUN hệ thống tiến hành hiển thị thông số

Nút STOP hệ thống dừng và hiển thị kết quả đo cuối cùng

Đèn D1 hiển thị cảnh báo mức cao tần số trên 55

Đèn D2 hiển thị cảnh báo tần số mức dưới 45

3.3 Khối hiển thị

Khối hiển thị kết quả đo sử dụng led 7 thanh.Được đưa ra từ vi điều khiển cho biết tần số hiện tại của lưới điện

3.4 Khối IC điều khiển

Khối điều khiển có chức năng xử lí tín hiệu đầu vào.Đưa ra các chân tín hiệu để hiện thị , cảnh báo ngưỡng cao thấp của lưới điện,Ngắt

4.Thực hiện chạy mạch mô phỏng ở các mức

Khi tần số điện áp lưới ở ngoài khoảng 45 :55 đèn đỏ cảnh báo ở mức thấp

Khi điện áp lưới ở mức 45 :55 đèn không nháy.mạch chạy ổn định

Khi tần số lưới điện ở cao hơn mức 45: 55 đèn vàng cảnh báo mức cao sáng

• Khả năng đáp ứng nhanh với sự thay đổi của đối tượng cần đo

• Mạch hiển thị LED 7 đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng theo dõi tần số

• Mạch chưa có chức năng bảo vệ ngắn mạch

• Chưa có các khối nguồn tạo điện áp ra cho IC rõ ràng

• Độ tin cậy của mạch chưa được cao do hạn chế về kinh nghiệm cũng như giới hạn về trình độ chuyên môn còn yếu