Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng vi điều khiển 8051 (đếm 2 loại sản phẩm khác nhau)

LỜI CÁM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Th.S Lê Xứng đã luôn theo sát, giúp đỡ tận tình, và có những lời khuyên bổ ích giúp em hoàn thành luận văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

LỜI CÁM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Th.S Lê Xứng đã luôn theo sát, giúp đỡ tận tình, và có những lời khuyên bổ ích giúp em hoàn thành luận văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051 (ĐẾM CÁC LOẠI SẢN PHẨM KHÁC NHAU)’’ đúng thời gian quy định

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 8051(ĐẾM CÁC LOẠI SẢN PHẨM KHÁC NHAU)” em cũng

đã nhận được rất nhiều đóng góp và giúp đỡ của các thầy cô trong trường và các bạn cùng lớp Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô, và các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn

Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Sư Phạm, và các thầy cô trong truờng đã truyền đạt cho em những kiến thức hay và bổ ích

Đà Nẵng, ngày 21 tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Kim Thoa

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Chức năng chuyển đổi Port3

Bảng 2.2: Cấu trúc bộ nhớ RAM bên trong vi điều khiển

Bảng 2.3: Trạng thái các thanh ghi sau reset

Bảng 2.4: Mã hiển thị led 7 đoạn có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0)

Bảng 2.5: Mã hiển thị led 7 đoạn có Cathode chung (các led đơn sáng ở mức 1)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Sơ đồ khối AT89C51

Hình 2.2: Sơ đồ chân AT89C51

Hình 2.3: Mạch tạo dao động bằng thạch anh

Hình 2.4: Led phát hồng ngoại

Hình 2.5: Led thu hồng ngoại

Hình 2.6: Tiếp giáp P-N

Hình 2.7: Cấu tạo bên trong Led đơn

Hình 2.8: Led 7 đoạn có Anode, Cathode chung

Hình 2.9: Sơ đồ chân led 7 đoạn

Hình 2.10: Trạng thái hoạt động Led 7 đoạn

Hình 2.11: Cấu tạo diod cầu

Hình 3.1: Khối cảm biến hồng ngoại

Hình 3.2: Khối điều khiển

Hình 3.3: Khối phím nhấn

Hình 3.4: Hiển thị qua Led 7 đoạn.

Hình 3.5: Hiển thị qua Led đơn

tế sản xuất Với sự ra đời của các mạch điện tử đã làm tăng đáng kể năng suất lao động và làm giảm sức lao động của con người trong quá trình sản xuất Trong tài liệu này tôi xin

giới thiệu một mạch điện tử đã được ứng dụng nhiều trong thực tế đó là “mạch đếm sản

phẩm” Mạch điện tử này có độ chính xác cao và dễ sử dụng, nó đã thay thế cho các công

nhân đứng máy nâng cao năng suất lao động tăng hiệu suất làm việc của máy móc

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy, xí nghiệp đếm được số lượng sản phẩm của máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác hiệu quả và năng suất cao

mà không cần tốn sức của công nhân, ngay cả trong nhà máy nhỏ

Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích đặc tính chức năng của các linh kiện điện tử, nguyên lý làm việc của các IC và áp dụng những kiến thức đã học cùng với

sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn để nghiên cứu xây dựng nên một mạch có chức năng đếm sản phẩm hoạt động tốt

Do vấn đề về mặt thời gian cũng như trình độ có hạn, kiến thức còn nhiều hạn chế

và chưa có kinh nghiệm nghiên cứu thực tế nên còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình tính toán thiết kế và thi công mạch Nên trong quá trình thực hiện đề tài này không tránh

khỏi những thiếu xót Rất mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô

và các bạn Em xin chân thành cảm ơn

1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hóa sản xuất đang là một yêu cầu cấp thiết để nâng cao năng suất, giảm giá thành để tăng tính cạnh tranh nên việc ứng dụng kỹ thuật vi điều khiển, vi xử lý vào sản xuất là điều tất yếu

Đây là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc

Để làm được mạch này cần có 3 bộ phận chính:

+ Bộ cảm biến gồm có phần phát và phần thu, đối với phần phát dùng led phát,

phát ra ánh sáng để chống nhiễu so với các ánh sáng khác và chính xác hơn, còn phần thu là led thu dùng để thu ánh sáng hồng ngoại

+ Bộ xử lý dùng IC AT89C51

+ Bộ hiển thị gồm có led 7 đoạn và 1 led đơn

Ngoài ra còn dùng các phím nhấn để thay đổi các giá trị sản phẩm cần đếm

1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Trong luận văn này em thực hiện mạch đếm sản phẩm đi qua và đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm mức logic Như vậy, mỗi sản phẩm đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo ra một tín hiệu mức 0 đưa về khối xử lí trung tâm để tăng dần số đếm đồng thời sẽ hiển thị ra led 7 đoạn số sản phẩm đi qua Tuy nhiên tùy thuộc vào mỗi khu vực sản xuất

mà người ta cần những yêu cầu số đếm khác nhau nên cần có sự linh hoạt trong quá trình chuyển đổi số đếm, khi muốn thay đổi số đếm ta chỉ cần nhấn các phím nhấn và mạch sẽ

tự động đếm,khi đã đếm đủ số sản phẩm cần đếm cho một thùng sẽ được báo hiệu bởi led đơn cho người dùng biết Nếu không cài đặt sẵn số đếm thì khối xử lí sẽ đếm đến 99 sản phẩm rồi sáng led đơn

Từ đó có thể thấy được mục đích của đề tài:

+ Đếm sản phẩm từ 00->99 sản phẩm

+ Cài đặt trước số sản phẩm cần đếm

+ Do chi phí, thời gian có hạn nên sản phẩm chỉ dừng lại ở mức đáp ứng được yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp

Phần II

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀAT89C51 VÀ CÁC

LINH KIỆN TRONG MẠCH

2.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

2.1.1 Giới thiệu về AT89C51

AT89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4 Kbyte bộ nhớ Rom Flash xoá được, lập trình được Chíp này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao Nó cũng tương thích với tập lệnh và các chân của chuẩn công nghiệp MCS-51 Flash trên chip cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình không mất nội dung qui ước AT89C51 là IC vi điều khiển (Microcontrolled ) do hãng Intel sản xuất IC này có đặc điểm:

 4 Kbyte ROM bên trong dùng để lưu chương trình

 128 byte RAM nội

 4 port xuất/nhập 8 bit

 2 bộ định thời 16 bit

 Mạch giao tiếp nối tiếp

 Không gian nhớ chương trình ngoài 64 kbyte (bộ nhớ ROM ngoại)

 Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64 kbyte (bộ nhớ RAM ngoại)

 Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẽ)

 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí một bit (bit được địa chỉ hóa)

 32 đường xuất nhập

 Bộ nhân chia trong 4µs

2.1.2 Sơ đồ khối của AT89C51

 Ram 128 byte

 TIMER 2,1, 0: Bộ định thời 2,1,0

 CPU: Đơn vị điều khiển trung tâm

 PORT: Các port xuất/nhập

 Address/data:Địa chỉ/dữ liệu

Hình 2.1: Sơ đồ khối AT89C51

2.1.3 Sơ đồ chân và chức năng các chân của AT89C51

2.1.3.1 Sơ đồ chân của AT89C51

Hình 2.2: Sơ đồ chân AT89C51

2.1.3.2 Chức năng các chân của AT89C51

AT89C51 có tất cả 40 chân, trong đó 32 chân chức năng xuất nhập (ngoài ra còn

có các chức năng khác) được chia thành 4 port 8 bit và 8 chân có chức năng khác

 Các port

Port 0

Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến chân 39) có hai chức năng:

+Chức năng xuất/nhập: các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lý, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài

+ Chức năng làm bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0): 8 chân này còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM bên ngoài (nếu có kết nối bộ nhớ ngoài), đồng thời port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài

Port 1

Port 1 gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8) chỉ có chức năng làm các đường

xuất/nhập với các thiết bị bên ngoài, không có chức năng khác

Port 3

Port 3 gồm 8 chân từ chân 10 đến chân 17, chức năng:

+ Xuất/nhập

+ Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau:

Bảng 2.1: Chức năng chuyển đổi port 3

P3.0 RXD B0H Chân nhận dữ liệu nối tiếp

P3.1 TXD B1H Chân xuất dữ liệu nối tiếp

P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0

P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1

P3.6 WR B6H Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7 RD B7H Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

 Các ngõ tín hiệu điều khiển

Ngõ tín hiệu RST(RESET)

Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất 2chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động

hệ thống Khi cấp điện mạch tự động reset

Chân XTAL1 và XTAL2 :

Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung

clock ổn định

Hình 2.3:Mạch tạo dao động bằng thạch anh

C1=C2= 30pF ± 10pF ( thường được sử dụng với C1,C2 là tụ 33pF) dùng ổn định dao động cho thạch anh

Ngõ tín hiệu 𝐏𝐒𝐄𝐍 ̅̅̅̅̅̅̅̅(Program Store Enable)

+ PSEN̅̅̅̅̅̅̅ tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài Chân này thường được nối với chân cho phép xuất OE (Output Enable) của EPROM cho phép xuất các byte mã lệnh

+ PSEN̅̅̅̅̅̅̅ ở mức thấp trong thời gian Microcontroler lấy lệnh Các mã lệnh được đọc

từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong chíp để giải mã lệnh Khi AT89C51 thi hành chương trình thì ROM nội PSEN ̅̅̅̅̅̅̅̅sẽ ở mức 1

Ngõ tín hiệu điều khiển ALE(Address Latch Enable)

+ Khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các

đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

+ Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong AT89C51

Ngõ tín hiệu𝐄𝐀̅̅̅̅(External Access)

ChânEA̅̅̅̅(chân 31)dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội

hay ROM ngoại

+ Khi EA̅̅̅̅ nối với logic 1 (+5V) thì vi điều khiển thực hiện chương trình lấy

Bộ nhớ RAM dùng làm môi trường xử lý thông tin, lưu trữ các kết quả trung gian

và kết quả cuối cùng của các phép toán, xử lý thông tin Nó cũng dùng để tổ chức các vùng đệm dữ liệu, trong các thao tác thu phát, chuyển đổi dữ liệu

Bảng 2.2: Cấu trúc bộ nhớ RAM bên trong vi điều khiển

RAM nội trong vi điều khiển đựơc tổ chức như sau:

 Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H - 1FH

 Ram địa chỉ hóa từng bit địa chỉ từ 20H -2FH

 Ram đa dụng từ 30H - 7FH

 Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H - FFH

 210 vị trí được định địa chỉ bit

2.1.5 Trạng thái các thanh ghi sau khi reset

Bảng 2.3: Trạng thái các thanh ghi sau khi reset

trình (PSW) Tại mỗi thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được tích cực Ngoài ra, một số thanh ghi đặc biệt như thanh ghi tích lũy, con trỏ dữ liệu… cũng được xác định trong các lệnh nên không cần các bit địa chỉ Trong các lệnh này thanh ghi tích lũy được gọi là “A”, con trỏ dữ liệu là “DPTR”, thanh ghi đếm chương trình là “PC”, cờ nhớ là “C”, cặp thanh ghi tích lũy B là “AB”

Địa chỉ trực tiếp: các thanh ghi bên trong còn được định vị bằng địa chỉ trực tiếp

bằng 8 bit địa chỉ nằm trong byte thứ hai của mã lệnh VD: MOV A,E4H

Địa chỉ gián tiếp: R0 và R1 dùng để chứa địa chỉ ô nhớ mà lệnh cần truy xuất

Người ta quy ước dùng dấu @ trước R0 hoặc R1 VD: MOV A,@R0

Địa chỉ tức thời: Người ta dùng # trước toán hạng tức thời Nạp trực tiếp vào mã

lệnh VD: MOV A,#E7H

Địa chỉ tương đối: Được dùng trong các lệnh nhảy, giá trị nhảy 8 bit (có dấu) sẽ

được cộng thêm vào thanh ghi đếm chương trình PC Thường lệnh này có liên quan đến nhãn được định nghĩa trước

Địa chỉ tuyệt đối: Dùng trong các lệnh ACALL và AJMP, các lệnh 2 byte này

dùng để rẽ nhánh vào một trang 2 Kbyte của bộ nhớ chương trình

Địa chỉ dài: Dùng cho lệnh LCALL và LJMP chúng là những lệnh chiếm 3 byte và

dùng 2 byte sau (byte 2 và byte 3) để định địa chỉ đích của lệnh Ưu điểm của lệnh này là

có thể sử dụng trong toàn bộ vùng nhớ 64 Kbyte Tuy nhiên, lệnh này chiếm nhiều byte

và lệ thuộc vào vị trí vùng nhớ

Địa chỉ tham chiếu: dùng thanh ghi PC hoặc DPTR là địa chỉ cơ bản cộng với

thanh ghi A (chứa địa chỉ offset) để tạo địa chỉ được tác động cho các lệnh JMP hoặc MOVC VD: JMP @A+DPTR

INC A (Tăng nội dung thanh ghi A lên 1)

INC Rn (Tăng nội dung thanh ghi Rn lên 1)

INC @Ri (Tăng nội dung ô nhớ do Ri trỏ tới lên 1)

INC DPTR (Tăng nội dung thanh ghi DPTR lên 1)

o Tên lệnh DEC

DEC A (Giảm nội dung thanh ghi A xuống 1)

DEC Rn (Giảm nội dung thanh ghi Rn xuống 1)

DEC @Ri (Giảm nội dung ô nhớ do Ri trỏ tới xuống 1)

o Tên lệnh MUL

MUL AB (Nhân nội dung thanh ghi A với thanh ghi B Byte cao lưu trong thanh ghi B, byte thấp lưu trong A Nếu kết qủa lớn hơn 255 thì cờ OV bật, nếu không thì bị xoá Cờ C luôn bị xoá)

MOV A,@Ri (Chép nội dung của ô nhớ do Ri trỏ tới vào thanh ghi A)

MOV A,#data (Ghi dữ liệu tức thời vào thanh ghi A)

MOV A,@A+DPTR (Chép nội dung của ô nhớ chương trình có địa chỉ A+DPTR vào thanh ghi A)

MOV Rn,A (Chép nội dung thanh ghi A vào thanh ghi Rn)

MOV Rn,#data (Ghi dữ liệu tức thời vào thanh ghi Rn)

MOV @Ri,A (Chép nội dung của thanh ghi A vào ô nhớ do Ri trỏ tới)

MOV @Ri,#data (Ghi dữ liệu trực tiếp vào ô nhớ do Ri trỏ tới)

MOV DPTR,#data (Ghi một hằng 16 bit vào thanh ghi DPTR)

MOVX @Ri,A (Chép nội dung thanh ghi A ra ngoài)

MOVX @DPTR,A (Chép nội dung thanh ghi A ra ngoài)

XCHD A,@Ri (Trao đổi các digit thấp)

RRC A (Quay phải thanh ghi A kể cả cờ nhớ)

ANL C/bit (AND NOT bit với C)

ANL C,bit (AND bit với C)

o Tên lệnh ORL

ORL C/bit (OR NOT bit với C)

ORL C,bit (OR bit với C)

o Tên lệnh MOV

MOV C,bit (Chép một bit trực tiếp vào cờ nhớ C)

MOV bit,C (Chép trạng thái cờ nhớ C vào một bit trực tiếp)

o Tên lệnh JC

JC rel (Nhảy nếu C bằng 1)

o Tên lệnh JNC

JNC rel (Nhảy nếu C bằng 0)

JBC bit,rel (Nhảy nếu bit bằng 1 rồi xóa bit)

2.1.6.3 Một số qui ước khi thiết lập cú pháp các lệnh

+ Source: Toán hạng nguồn có thể là Rn hoặc @Ri

+ Bit: Địa chỉ trực tiếp của một bit

+ Rel: Offset 8 bit có dấu

+ Addr11: Địa chỉ 11 bit trong trang hiện hành

+ Addr16: Đia chỉ 16 bit

bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng

Tần số làm việc tốt nhất của tia hồng ngoại từ 30 KHz đến 60 KHz, nhưng thường

sử dụng khoảng 36 KHz Ánh sáng hồng ngoại truyền 36 lần/1s khi truyền mức 0 hay mức1

n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng

có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

Hình 2.7 Cấu tạo bên trong của led đơn

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng và màu sắc của LEDhoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

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

Hình 2.8: Led 7 đoạn có Cathode, Anode chung

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