Báo cáo bài tập lớn thiết kế mạch điều khiển thang máy bằng vi điều khiển AVR 1035985

TRƯỜNG Đ I H C BÁCH KHOA HÀ N IẠ Ọ Ộ

VI N ĐI N T  VI N THÔNG.Ệ Ệ Ử Ễ

Hà N i. tháng 6/2016.ộ

Nh n xét c a gi ng viên h ậ ủ ả ướ ng d n ẫ

………

………

………

………

………

Hà N i, Ngày    Tháng      Năm 2016ộ       Gi ng Viên hả ướng d nẫ        (Ký ghi rõ h  tên)ọ Nh n xét c a gi ng viên ch mậ ủ ả ấ ………

………

………

………

………

Hà N i, Ngày    Tháng      Năm 2016ộ

      Gi ng Viên ch mả ấ

       (Ký ghi rõ h  tên)ọ

M c l c.ụ ụ

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Ngày nay , v i nh ng  ng d ng c a khoa h c kĩ thu t  tiên ti n , th  gi i c a ơ ữ ứ ụ ủ ọ ậ ế ế ớ ủchúng ta đã và đang ngày m t thay đ i , văn minh và hi n đ i h n . s  phát tri n ộ ổ ệ ạ ơ ự ể

c a kĩ thu t đi n t  đã t o ra hang lo t nh ng thi t b  v i các đ c đi m n i b t ủ ậ ệ ử ạ ạ ữ ế ị ớ ặ ể ổ ậ

nh  s  chính xác cao , t c đ  nhanh và g n nh  góp ph n cho s u ho t đ ng ư ự ố ộ ọ ẹ ầ ự ạ ộ

c a con ngủ ườ ạ ượi đ t đ c hi u qu  cao.ệ ả

G n li n s  phát c a khoa h c đi n t  là s  phát tri n c a các vi x  lí, vi đi u ắ ề ự ủ ọ ệ ử ự ể ủ ử ềkhi n, đó là s  ra đ i c a vi x  lí đa năng nh  Pentium, Celerong … và trong vi ể ự ờ ủ ử ư

đi u khi n cũng có bề ể ước nh y v t đả ọ ược đánh d u b i s  ra đ i c a các vi đi u ấ ở ự ờ ủ ềkhi n nh  PIC, AVR, FPGA… các vi x  lí và vi đi u khi n này ngày càng đc s  ể ư ử ề ể ử

d ng r ng rãi và ph  bi n , đ c bi t chúng có th  làm đụ ộ ổ ế ặ ệ ể ược nh ng vi c vô cũngữ ệ  

ph c t p. v i nh ng  ng d ng ph  bi n trong m i lĩnh v c c a cu c s ng.ứ ạ ớ ữ ứ ụ ổ ế ọ ự ủ ộ ố

Và trong môn h c vi s  lí này nhóm em đã quy t đ nh làm đ  tai “ thi t k  m chọ ử ế ị ề ế ế ạ  

đi u khi n thang máy dung vi đi u khi n AVR” đó là m t đ  tài thi t th c và ề ể ề ể ộ ề ế ựrât g n gũi v i cu c s ng. nó ph c v  tr c ti p và đ c l c cho vi c xây d ng ầ ớ ộ ố ụ ụ ự ế ắ ự ệ ựcác tào nhà cao  c trong th i bu i công nghi p hiên nay.ố ờ ổ ệ

M c dù đã r t c  g ng thi t k  và làm m ch nh ng do th i gian ng n và năng ặ ấ ố ắ ế ế ạ ư ờ ắ

l c còn h n ch  nên không th  tránh kh i sai sót . chúng em r t mong s  góp ý ự ạ ế ể ỏ ấ ự

và giúp đ  c a th y cho đ  tài c a chúng em đỡ ủ ầ ề ủ ược hoàn thi n  h n.ệ ơ

Em xin chân thành cám  n!ơ

PH N  I: LÍ THUY T CHUNG V  H  TH NG ĐI U Ầ Ế Ề Ệ Ố Ề  

KHI N THANG MÁY Ể

Ch ươ ng 1. Gi i thi u chung h  th ng thang máy ớ ệ ệ ố

1.1 Gi i thi u chung v  thang máy ớ ệ ề

Thang máy là thi t b  v n t i dùng đ  ch  ngế ị ậ ả ể ở ười và hàng hoá theo

phương th ng đ ng. Nó là m t lo i hình máy nâng chuy n đẳ ứ ộ ạ ể ượ ử ục s  d ng r ng ộrãi trong các ngành s n xu t c a n n kinh t  qu c dân nh  trong ngành khai thácả ấ ủ ề ế ố ư  

h m m , trong ngành xây d ng, luy n kim, công nghi p nh    nh ng n i đó ầ ỏ ự ệ ệ ẹ ở ữ ơthang máy đượ ử ục s  d ng đ  v n chuy n hàng hoá, s n ph m, đ a công nhân t iể ậ ể ả ẩ ư ớ  

n i làm vi c có đ  cao khác nhau  Nó đã thay th  cho s c l c c a con ngơ ệ ộ ế ứ ự ủ ười và 

đã mang l i năng su t cao.ạ ấ

Trong sinh ho t dân d ng, thang máy đạ ụ ượ ử ục s  d ng r ng rãi trong các toàộ

nhà cao t ng, c  quan, khách s n  Thang máy đã giúp cho con ngầ ơ ạ ườ ếi ti t 

ki mđệ ược th i gian và s c l c ờ ứ ự

 Vi t Nam t  tr c t i nay thang máy ch  ch  y u đ c s  d ng trong

công nghi p đ  tr  hàng và ít đệ ể ở ược ph  bi n. Nh ng trong giai đo n hi n nay ổ ế ư ạ ệ

n n kinh t  nề ế ước ta đang có nh ng bữ ước phát tri n m nh thì nhu c u s  d ng ể ạ ầ ử ụthang máy trong m i lĩnh v c ngày càng tăng lên.ọ ự

1.2. S  đ  kh i c a m ch đi u khi n thang máy ơ ồ ố ủ ạ ề ể

Gi i thích s  đ  kh i c a h  th ngả ơ ồ ố ủ ệ ố

­ Kh i đi u khi n: đi u khi n tr ng thái ho t đ ng c a thang, là n i nh n ố ề ể ề ể ạ ạ ộ ủ ơ ậtín hi u vào và đ a tín hi u ra cho led 7 thanh.ệ ư ệ

­ Kh i phím b m đi u khi n: cung c p tín hi u cho kh i s  lí trung tâm v  ố ấ ề ể ấ ệ ố ử ề

ho t đ ng g i t ng và chon t ngạ ộ ọ ầ ầ

­ Kh i hi n th : hi n th  v  trí và tr ng thái c a bu ng thang . xác nh n khi ố ể ị ể ị ị ạ ủ ồ ậ

có hi n tệ ượng g i t ng.ọ ầ

­ Kh i ngu n: cung c p ngu n 1 chi u cho VDK va led 7 thanh ho t đ ng. ố ồ ấ ồ ề ạ ộ

* Mô t  ho t  đ ng c a h  th ng.  ả ạ ộ ủ ệ ố

1. Khi kh i đ ng cabin   t ng nào thì   yên t ng đó. M t s  s  hi n th  v  trí ở ộ ở ầ ở ầ ặ ố ẽ ệ ị ị

c a cabin (t ng s  bao nhiêu).ủ ầ ố

2. H  th ng luôn ki m tra các y/c g i thang theo chi u lên và chi u xu ng. ệ ố ể ọ ề ề ố

Ki m tra các y/c lên mà không có thì chuy n sang ki m tra các y/c xu ng, y/c ể ể ể ố

xu ng mà không có thì l i chuy n sang ki m tra y/c lên. H  th ng c  ho t đ ngố ạ ể ể ệ ố ứ ạ ộ  liên t c nh  th  Khi có y/c thì h  th ng s  ph c v  y/c, y/c nào g i trụ ư ế ệ ố ẽ ụ ụ ọ ướ ẽc s  đc 

ph c v  trụ ụ ước, y/c nào g i sau s  đc ph c v  sau. B t c  m t y/c g i nào cũng ọ ẽ ụ ụ ấ ứ ộ ọ

được h  th ng nh  l i và khi th c hi n xong y/c nào thì xóa y/c  y đi. N u có ệ ố ớ ạ ự ệ ấ ếnhi u y/c g i thì h  th ng s  x  lý  u tiên theo th  t  nh  đề ọ ệ ố ẽ ử ư ứ ự ư ược trình bày   ở

ph n dầ ưới

3. Khi cabin đã nh n m t y/c g i lên và đang th c hi n y/c này (cabin đang ch y ậ ộ ọ ự ệ ạtheo chi u lên) thì các y/c g i lên t  v  trí cabin tr  lên s  đc ph c v  trên đề ọ ừ ị ở ẽ ụ ụ ườ  ng

đi c a nó (y/c là g m có y/cg i thang c a khách   ngoài cabin và y/c ch n t ng ủ ồ ọ ủ ở ọ ầ

đ n c a khách   trong cabin), các y/c g i lên t  v  trí cabin tr  xu ng s  b  b  ế ủ ở ọ ừ ị ở ố ẽ ị ỏqua. Các y/c g i xu ng cũng s  b  b  qua n u t ng trên nó còn có y/c ( b  qua   ọ ố ẽ ị ỏ ế ầ ỏ ởđây là không được ph c ngay mà tr ng thái g i s  đụ ạ ọ ẽ ược nh  l i đớ ạ ể

ph c v  sau).ụ ụ

5. B  ph n hi n th  s  hi n th  v  trí c a cabin, chi u ch y ( là lên ho c xu ng) ộ ậ ể ị ẽ ể ị ị ủ ề ạ ặ ố

và cabin đangch y hay đang d ng.ạ ừ

Ch ươ ng 2: Yêu c u ch c năng c a h  th ng ầ ứ ủ ệ ố

2.1. Yêu c u ch c năng: ầ ứ

­ M ch th c hi n đúng yêu c u mong mu nạ ự ệ ầ ố

­ Hi n th  s  t ng  lên LED 7 thanhể ị ố ầ

S  d ng nút b m đ  đi u khi n ho t đ ng thang máy.ử ụ ấ ể ề ể ạ ộ

2.2 Yêu c u phi ch c năng ầ ứ

S  d ng vi đi u khi n AVR atmega8ử ụ ề ể

Nghiên c u s  bứ ơ ộ 1 tu nầ

PH N II: XÂY D NG THU T TOÁN VÀ THI T K Ầ Ự Ậ Ế Ế  

o Chu k  ghi/ xóa 10000 l n cho b  nh  flash ROM và 100000 l n ỳ ầ ộ ớ ầcho b  nh  EFPROM.ộ ớ

o 23 ngõ vào/ra kh  trình.ả

o Được đóng gói trong 28 chân ki u v  PDIP.ể ỏ

o Đi n áp ho t đ ng 2,7V­5,5V(ATmega8L)và 4,5­ệ ạ ộ5,4V(ATmega8)

o T n s  ho t đ ng 0­8MHz(ATmega8L) và 0­16MHz(ATmega8) ầ ố ạ ộ

đ ng.ộ

b. M t s  ch c năng c a ATmega8 s  d ng trong bài t p l n ộ ố ứ ủ ử ụ ậ ớ

Ng t ngoài:ắInterrupts, thường đượ  g i là ng t, là m t tín hi u kh n c p g i c ọ ắ ộ ệ ẩ ấ ở

đ n b  x  lí, yêu c u b  x  lí t m ng ng t c kh c các ho t đ ng hi nế ộ ử ầ ộ ử ạ ừ ứ ắ ạ ộ ệ  

t i đ  “nh y” đ n m t n i khác th c hi n m t nhi m v  kh n c p ạ ể ả ế ộ ơ ự ệ ộ ệ ụ ẩ ấnào đó, nhi m v  này g i là trình ph c v  ng t – isr (interrupt service ệ ụ ọ ụ ụ ắroutine ). Sau khi k t thúc nhi m v  trong isr, b  đ m chế ệ ụ ộ ế ương trình s  ẽ

được tr  v  giá tr  trả ề ị ước đó đ  b  x  lí quay v  th c hi n ti p các ể ộ ử ề ự ệ ếnhi m v  còn dang d  Nh  v y, ng t có m c đ   u tiên x  lí cao ệ ụ ở ư ậ ắ ứ ộ ư ử

nh t, ng t thấ ắ ường được dùng đ  x  lí các s  ki n b t ng  nh ng ể ử ự ệ ấ ờ ưkhông t n quá nhi u th i gian.ố ề ờ

Các tín hi u d n đ n ng t có th  xu t phát t  các thi t b  bên trong ệ ẫ ế ắ ể ấ ừ ế ịchip (ng t báo b  đ m timer/counter tràn, ng t báo quá trình g i d  ắ ộ ế ắ ở ữ

li u b ng RS232 k t thúc…) hay ệ ằ ế do các tác nhân bên ngoài (ng t báo  ắ

có 1 button đ ượ c nh n, ng t báo có 1 gói d  li u đã đ ấ ắ ữ ệ ượ c nh n…) ậ

Hình minh h a cách t  ch c ng t thông thọ ổ ứ ắ ường trong các chip AVR:

Có 3 thanh ghi liên quan đ n ng t ngoài đó là MCUCR, GICR và ế ắGIFR:

 Thanh ghi đi u khi n MCU – MCUCR ề ể  (MCU Control Register) 

là thanh ghi xác l p ch  đ  ng t cho ng t ngoài: ậ ế ộ ắ ắ

N u không nh n, tr ng thái các chân INT là HIGH do đi n tr  kéo ế ấ ạ ệ ởlên, khi v a nh n 1 button, s  có chuy n tr ng thái t  HIGH sang ừ ấ ẽ ể ạ ừLOW, chúng ta g i là c nh xu ng ­ọ ạ ố  Falling Edge, khi button được nh nấ  

và gi , tr ng thái các chân INT đữ ạ ược xác đ nh là LOW và cu i cùng khiị ố  

th  các button, tr ng thái chuy n t  LOW sang HIGH, g i là c nh lên ả ạ ể ừ ọ ạ– Rising Edge

Dưới đây là c u trúc thanh ghi MCUCR đấ ược trích ra t  datasheet ừ

c a chip atmega8.ủ

      MCUCR là m t thanh ghi 8 bit nh ng đ i v i ho t đ ng ng t ộ ư ố ớ ạ ộ ắ

ngoài, chúng ta ch  quan tâm đ n 4 bit th p c aỉ ế ấ ủ  nó (4 bit cao dùng cho Power manager và Sleep Mode). B n bit th p là các bit Interrupt Sense ố ấControl (ISC) trong đó 2 bit ISC11:ISC10 dùng cho INT1 và 2 bit 

ISC01:ISC00 dùng cho INT0. Hãy nhìn vào b ng tóm t t bên dả ắ ướ ểi đ  

bi t ch c năng c a các bit trên, đây là b ng “chân tr ” c a 2 bit ISC11, ế ứ ủ ả ị ủISC10. B ng chân tr  cho các bit ISC01, ISC00 hoàn toàn tả ị ương t ự

 Thanh ghi đi u khi n ng t chung – GICR (General Interrupt  ề ể ắ

Control Register). 

GICR cũng là 1 thanh ghi 8 bit nh ng ch  có 2 bit cao (bit 6 và ư ỉbit 7) là đượ ử ục s  d ng cho đi u khi n ng t, c u trúc thanh ghi ề ể ắ ấ

nh  bên dư ưới (trích datasheet)

Bit 7 – INT1 g i là bit cho phép ng t 1(Interrupt Enable), set ọ ắbit này b ng 1 nghĩa b n cho phép ng t INT1 ho t đ ng, tằ ạ ắ ạ ộ ương 

t , bit INT0 đi u khi n ng t INT0.ự ề ể ắ

 Thanh ghi c  ng t chung – GIFR (General Interrupt Flag  ờ ắ

Register).

Có 2 bit INTF1 và INTF0 là các bit tr ng thái (hay bit c  ­ ạ ờFlag) c a 2 ng t INT1 và INT0. N u có 1 s  ki n ng t phù h p ủ ắ ế ự ệ ắ ợ

x y ra trên chân INT1, bit INTF1 đả ượ ự ộc t  đ ng set b ng 1 ằ(tương t  cho trự ường h p c a INTF0), chúng ta có th  s  d ng ợ ủ ể ử ụcác bit này đ  nh n ra các ng t, tuy nhiên đi u này là không c n ể ậ ắ ề ầthi t n u chúng ta cho phép ng t t  đ ng, vì v y thanh ghi này ế ế ắ ự ộ ậ

thường không được quan tâm khi l p trình ng t ngoài. C u trúc ậ ắ ấthanh ghi GIFR được trình bày trong hình ngay bên dưới

Giao ti p TWI­Iế 2C.

      TWI (Two­Wire Serial Intereafce) là m t module truy n thông ộ ề

n i ti p đ ng b  trên các chip AVR d a trên chu n truy n thông ố ế ồ ộ ự ẩ ề

       T c đ  phát xung gi  nh p đố ộ ữ ị ược tính theo công th c:ứ

       Trong đó CPU Clock frequency là t n s  ho t đ ng chính c a ầ ố ạ ộ ủAVR, TWBR là giá tr  thanh thi TWBR và TWPS là giá tr  c a 2 bits ị ị ủTWPS1 và TWPS0 n m trong thanh thi tr ng thái TWSR. Hai bits ằ ạnày được g i là bit prescaler.ọ

       ­ TWCR (TWI Control Register): là thanh ghi 8 bit đi u ềkhi n ho t đ ng c a TWI.ể ạ ộ ủ   

         M t đi u c n chú ý là các bit trong thanh ghi TWCR không c nộ ề ầ ầ  

được set cùng lúc, tùy vào t ng giai đo n trong quá trình giao ti p ừ ạ ếTWI các bit có th  để ược set riêng l ẻ     

có 5 bit ch a code tr ng thái c a TWIứ ạ ủ   và 2 bit ch n prescaler.ọ   

         ­ TWDR (TWI Data Register): là thanh ghi d  li u chính c a ữ ệ ủTWI. Trong quá trình nh n, d  li u nh n v  s  đậ ữ ệ ậ ề ẽ ượ ưc l u trong TWDR. Trong quá trình g i, d  li u ch a trong TWDR s  đở ữ ệ ứ ẽ ược chuy n ra để ường SDA

         ­ TWAR (TWI Address Register): là thanh ghi ch a device ứaddress c a chip Slave. C u trúc thanh ghi đủ ấ ược trình bày trong hình 

dướ     i

3.2. Kh i LED hi n th ố ể ị

        LED đ n là m t đi­ t, nó ch a m t chíp bán d n có pha các t p ch t ơ ộ ố ứ ộ ẫ ạ ấ

đ  t o ra m t ti p giáp P­N, kênh P ch a l  tr ng, kênh N ch a đi n t , ể ạ ộ ế ứ ỗ ố ứ ệ ửdòng đi n truy n t  A­n t( kênh P) đ n K­t t (kênh N), khi đi n t  l p ệ ề ừ ố ế ố ệ ử ấ

đ y ch  tr ng nó sinh ra b c x  ánh sáng, các bầ ỗ ố ứ ạ ước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thu c vào t p ch t trong chíp bán d nộ ạ ấ ẫ

Led 7 đo n có c u t o bao g m 7 led đ n có d ng thanh x p theo ạ ấ ạ ồ ơ ạ ế

hình   và có thêm m t led đ n hình tròn nh  th  hi n d u ch m tròn   ộ ơ ỏ ể ệ ấ ấ ởgóc dưới, bên ph i c a led 7 đo n.ả ủ ạ

8 led đ n trên led 7 đo n có Anode(c c +) đơ ạ ự ược n i chung v i nhau ố ớvào m t đi m, độ ể ược đ a chân ra ngoài đ  k t n i v i m ch đi n. 8 c c ư ể ế ố ớ ạ ệ ựcòn l i trên m i led đ n đạ ỗ ơ ược đ a thành 8 chân riêng, cũng đư ược đ a ra ưngoài đ  k t n i v i m ch đi n. Đ u chung này để ế ố ớ ạ ệ ầ ược n i v i +Vcc, các ố ớchân còn l i dùng đ  đi u khi n tr ng thái sáng t t c a các led đ n, led ạ ể ề ể ạ ắ ủ ơ

ch  sáng khi tín hi u đ t vào các chân này   m c 0.ỉ ệ ặ ở ứ

Vì led 7 đo n ch a bên trong nó các led đ n, do đó khi k t n i c n ạ ứ ơ ế ố ầ

đ m b o dòng qua m i led đ n trong kho ng 10mA­20mA đ  b o v  led. ả ả ỗ ơ ả ể ả ệ

N u k t n i v i ngu n 5V có th  h n dòng b ng đi n tr  330  trế ế ố ớ ồ ể ạ ằ ệ ở Ω ước các chân nh n tín hi u đi u khi n.ậ ệ ề ể

3.3 kh i phím b m ố ấ

Vi c s  d ng phím b m   đây d a trênệ ử ụ ấ ở ự  

s  chênh áp khi  n các phím, đi n áp đự ấ ệ ược 

đ a v  chip đ  x  lí . nh  v y vi c d a vào ư ề ể ử ư ậ ệ ựgiá tr  đi n áp đ a vào chân chúng ta có th  ị ệ ư ểhpanf toàn nh n bi t đậ ế ược  chúng ta đang 

b m phím nào?ấ

3.4 Kh i ngu n ố ồ

Ch ươ ng 4: Xây d ng thu t toán và thi t k  m ch ự ậ ế ế ạ

4.1  L u đ  thu t toán: ư ồ ậ

4.2  Thi t k  m ch:  ế ế ạ

a) M ch nguyên lí:ạ

b) M ch in:ạ

      LED2=1 ;LED3=0; LED7SEG(maled7[3]);        }break;

        case 4 : {

      LED3=1; LED4=0; LED7SEG(maled7[4]);        }break;

     }

 }

       LED2=0; LED3=1; LED7SEG(maled7[2]);        }break;

        case 3 : {

       LED3=0; LED4=1; LED7SEG(maled7[3]);        }break;