Tài liệu ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ, HIỂN THỊ LCD . docx

LỜI NÓI ĐẦUKỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa.. So v

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA : ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ, HIỂN THỊ LCD

“Nhiệt độ khống chế được đặt bằng phím nhấn, thao tác khống chế được mô phỏng bằng

3led với 3 màu khác nhau, sai số cho phép là ± 1 0 C”

Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Mạnh Kha Sinh viên thực hiện:

1.Phạm Hồng Kiền 2.Vũ Văn Học

3.Nguyễn Đăng Tâm

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển Nên rấ tiện dụng và cơ động Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ nà

t

y, em chỉ dùng vdk để đo và khống chế nhiệt độ, đồng thời cho hiển thị lên

ừ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng

hỏi những thiếu sót Vì

LCD

Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vdk trong thực tiễn để rồi t

dụng khác trong đời sống hằng ngày cần đến

tham khảo và một số nguồn tài liệu khác nên không tránh k

ầy c

Mục lục

Mụ

Chư

4

II Chươn 4 2 code lập trình

trang Lời nói đầu 2

c lục 3

ơng I>Tổng quan thiết kế phần cứng cho đồ án .4

I sơ đồ khối tổng quát .

Các vi mạch chính sử dụng trong từng khối và nguyên lý hoạt động từng khối .5

g II >Lập trình cho vi điều khiển .14

1 sơ đồ giải thuật 1

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN THIẾ KẾ PHẦN CỨNG CHO ĐỒ ÁN

KHỐI TỔNG QUÁT

T

I SƠ ĐỒ

1.sơ đồ

KHỐI

UYỂ

ĐỒI

ƠNG T

KHỐI HIỂN

BIẾN

ỐI CẢ

K

ĐẠI

HỐI ĐIỀU

CHẾ VÀ

UẾC

I XỬ LÝ TRU

TÂM: 8051

=> SỐ

K (khống chế)

HỐI ĐIỀU KHIỂN THỊ: LCD

ĐẦ

( n báo,…)

U RA ỨNG DỤNG điều khiển lò hiệt, cảnh

2> sơ đồ nguyên lý

M358;

g tâm: AT89C52;

nhấn

7.đầu ra ứng dụng: (đơn giản) là các led hiển thị

I CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA TỪNG VI MẠCH

1.1 Ngu

MẠCH CHÍNH SỬ DỤNG TRONG

1.trong khối cảm biến: có LM35;

2.Trong khối điều chế và khuếch đại: L

3.Trong khối chuyển đổi: ADC 0804;

4.Trong khối xử lý trun

5.khối hiển thị: LCD ;

6.Khối điều khiển (khống chế): hệ thống các phím

II

1> Cảm biến nhiệt LM35

yên lý hoạt động chung của IC đo nhiệt độ

IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn Bằng sự phá vỡ các phân

tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện các lỗ trống Làm cho tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo

35

hạm vi sử dụng :00 C=>1000 C

đại LM358;

:

à dòng điện nhận được từ LM35 để sau đó chuyển tiếp đến đầu vào IN của ADC 0804;

LM358

Sơ

và cân chỉnh

ại OA

Xét tại: N2:

ật hàm mũ với nhi

+LM135, LM

Ngõ ra là điện áp

P

2> Khuếch

a, cấu tạo

Con thứ 1: chân 2 ,3 vào, chân 1ra;

Con thứ 2: chân 5,6 vào, chân 7 ra;

Công dụng: khuếch đại điện áp v

đồ mạch như sau:

b, tính toán

+t 2:

3

0

R

Un

−

= 4

R

Ur

Un−

=>Ur=Un

3

4

3 R R R

+ Xét tại P2:

1

R

Up

Uv−

= 2

R

Up

=> Up=Uv

2 1

2

R R R

ư OA lý tưởng

Uv=Up;

+

Mà coi nh

Ö Ur=Uv

3

4 3

R

R

+

R

2 1

2

R R

R

+ ;

Do điện áp đầu ra của bộ khuếch đại chỉ giới hạn trong khoảng từ 0-5V khi dùng nguồn đơn Nên chọn giá trị R2= R4=3,9 K Ω

R1=R3= 1 K Ω ;

Khi đó Ur=Vin 4Uv; ≈

3> bộ chuyển đổi tương tự-số: ADC 0804;

a, cấu tạo

ADC 0804 là một bộ chuyển đổi tương tự số Gồm có 20 chân

DB0-DB7: là 8 chân ra dữ liệu

RD: lối vào đọc

WR :lối vào ghi

INTR: lối ra ngắt

CLKR/CLKIN: các lối vào điều khiển xung nhịp

VIN: lối vào analog dương

b, sơ đồ

c, tính toán và cân chỉnh

Chọn điện trở R11 và tụ C4 cho bộ dao động của ADC0804

R11=10k và C=15pf Ω

Có đầu ra số: N=

5

256 xVin.;

T0 cần đo=

K

Vin 100

với K là hệ số khuếch đại qua IC LM358

d, nguyên lý hoạt động

¾ DB0- DB7: các lối ra số, dữ liệu chuyển đổi xuất hiện trên 8bit này Bộ biến đổi

có độ phân giải là 5/256=19,53 mV

¾ RD :là chân điều khiển đọc dữ liệu RD=0: có dữ liệu lối ra

RD=1: không có dữ liệu lối ra

¾ WR: bình thường ở mức logic cao, và lối vào này sẽ được kéo xuống mức thấp, sau đó lại trở về mức cao để bắt đầu quá trình chuyển đổi

¾ INTR: là lối ra ngắt của bộ biến đổi A/D 1 sườn xung âm được tạo lên chân này khi quá trình chuyển đổi kết thúc Lối ra này thường được sử dụng để tạo ra một ngắt trong vi điều khiển sao cho dữ liệu đã chuyển đổi có thể được đọc

¾ ADC 0804 chứa một bộ dao động bên trong và cần có 1 tụ điện và 1điện trở bên ngoài nối chân CLKR và CLKIN để khởi động bộ dao động

¾ VIN là chân lối vào của điện áp tương tự

¾ Bít 0 và 1 của ADC phải có điện trở kéo lên, do lối ra bộ điều khiển tại những chân này không có sẵn điện trở kéo lên

CÁC BƯỚC CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI

Đặt WR =RD=1;

Bắt đầu biến đổi Đặt WR=0, trễ( )ms

Đặt lại WR=1;

Phát hiện điểm kết thúc của quá trình biến đổi khi INTR xuống mức thấp (được sử dụng bởi ngắt)

Đặt RD=0 và đọc dữ liệu từ DB0=>DB7

Đặt RD=1 => kết thúc chu trình

4> vi điều khiển AT89C52;

a, cấu tạo và chức năng các khối của AT89S52

• CPU( CPU centralprocessing unit) bao gồm:

9 Thanh ghi tích lũy A;

9 Thanh ghi tích lũy phụ B;

9 Đơn vị logic học (ALU);

9 Thanh ghi từ trạng thái chương trình;

9 Bốn băng thanh ghi;

9 Con trỏ ngăn xếp

• Bộ nhớ chương trình( ROM) gồm 8Kbyte Flash

• Bộ nhớ dữ liệu( RAM) gồm 256 byte

• Bộ UART, có chức năng truyền nhận nối tiếp

• 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện

• Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong

• Bộ lập trình( ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người sử dụng có thể nạp các chương trình cho chíp mà không cần các bộ nạp chuyên dụng

• Bộ chia tần số với hệ số chia là 12

• 4 cổng xuất nhập với 32 chân

b, chức năng các chân của AT89C52

™ Port 0( P0.0=>P0.7)

Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ( AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi 89c52 giao tiếp với các thiết bị ngoài có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ, mạch PIO…

™ Port 1( P1.0=>P1.7)

Chức năng duy nhất của Port 1 là chức năng xuất nhập cũng như các Port khác Port1

có thể xuất nhập theo bit và theo byte

™ Port 2( P2.0=>P2.7)

Port 2 ngoài chức năng là cổng vào/ra như Port 0 và 1 còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ ngoài

™ Port 3

Mỗi chân trên Port 3 ngoài chức năng xuất nhập còn có một chức năng riêng, cụ thể như sau:

™ Chân /PSEN : là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài

™ Chân ALE

ALE là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi điều khiển Tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như 7473

™ Chân /EA

Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài EA=1 thì thực hiện chương trình trong RAM nội EA=0 thực hiện ở RAM ngoài

™ RST( reset)

Ngõ vào reset trên chân số 9 khi RST=1 thì bộ vi điều khiển sẽ được khởi động lại thiết lập ban đầu

™ XTAL1, XTAL2

2 chân này được nối song song với thạch anh tần số max=33 Mhz Để tạo dao động cho bộ vi điều khiển

™ Vcc, GND : cung cấp nguồn nuôi cho bộ vi điều khiển cấp qua chân 20 và 40

c, sơ đồ AT89C52 trong mạch

d, nguyên lý hoạt động

+Chân 9 được nối với mạch reset Khi nhấn SW1 thì bộ vi điều khiển sẽ được khởi động lại từ đầu

+điện trở băng U5: có tác dụng làm điện trở kéo lên nguồn

+ chân 18-19 được nối // với thạch anh 12Mhz mạch có nhiệm vụ tạo dao động cho vi điều khiển

+từ chân P0.0=>P0.2 lần lượt được nối với Vee, RS, RW của LCD Có nhiệm vụ điều khiển hoạt động của LCD

+chân P0.3=>P0.5 điều khiển led Khi nhiệt độ đo được vượt qua khoảng nhiệt độ khống chế thì 1 trong 3 đèn led này sẽ sáng

+ chân P1.0=>P1.7 giao tiếp với ADC0804 Cổng P1 này có nhiệm vụ đọc nhiệt độ thu được từ bộ chuyển đổi

+P2.0=>P2.7 Lần lượt được nối với đầu vào dữ liệu từ DB0=> DB7 của LCD Có chức năng điều khiển hiển thị LCD theo thao tác khống chế và nhiệt độ đo được

+P3.0, P3.1 lần lượt nối với /RD và /WR của ADC0804 Nhiệm vụ điều khiển hoạt động của bộ chuyển đổi số - tương tự

+P3.2=> P3.4 dùng để nối với các phím nhấn Có tác dụng để thực hiện các thao tác

khống chế nhiệt độ cần đo

5> hiển thị( LCD 16x2)

a, cấu tạo

Chức năng các chân của Module LCD 16x2;

Chân số Ký hiệu Mức logic I/O Chức năng

3 Vee - I Điện áp để điều chỉnh độ tương phản

0= thanh ghi lệnh 1=thanh ghi dữ liệu

1=đọc từ LCD module

6 E 1,1=>0 I Tín hiệu cho phép

7 DB1 0/1 I/O Data bus line 0(LSB)

10 DB4 0/1 I/O Data bus line3

11 DB5 0/1 I/O Data bus line4

12 DB6 0/1 I/O Data bus line5

13 DB7 0/1 I/O Data bus line6

14 DB8 0/1 I/O Data bus line7(MSB)

b, mạch trong đồ án

c, nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD

một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau:

1) Xóa toàn bộ màn hình

2) Đặt chế độ hiển thị

3) Đặt vị trí con trỏ (nơi bắt đầu của ký tự hiển thị)

4) Hiển thị ký tự

Chú ý:

+Các bước 3, 4 có thể lặp lại nhiều lần nếu cần hiển thị nhiều ký tự

+ Mỗi khi thực hiện ghi lệnh hoặc ghi dữ liệu hiển thị lên LCD cần phải kiểm tra cờ bận

trước Vì vậy, cần phải chủ động phân phối thời gian khi ra lệnh cho LCD( ví dụ sau khi

xóa màn hình sau khoảng 2ms mới ra lệnh khác vì thời gian để LCD xóa màn hình là

1,64ms).+chế độ hiển thị mặc định sẽ là hiển thị dịch, vị trí con trỏ mặc định sẽ là đầu

dòng thứ nhất

d mã lệnh của LCD HD4480

Mã lệnh Lệnh

RS R/

W DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7

Mô tả Thời

gian thi hành Xóa màn

hình

con trỏ về vị trí đầu

1.64m

s Đưa con trỏ

về vị trí đầu

trí đầu

1.64m

s Thiết lập

chế độ

dịch chuyển con trỏ(I/D), dịch hiển thị(S)

40us

Bật tắt hiển

thị 0 0 0 0 0 0 1 D C B Bật tắt hiển thị, con trỏ; bật tắt chế độ

nhấp nháy con trỏ

40us

Dịch con trỏ

hiển thị 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * Thiết lập chiều dịch chuyển của con trỏ

và hiển thị

40us

Thiết lập

chức năng

dữ liệu, số dòng và font chữ

40us

Thiết lập địa

chỉ

CGRAM

CGRAM

40us

Thiết lập địa

chỉ

DDRAM

DDRAM

40us

Đọc cờ báo

bận và địa

chỉ

CGRAM/

DDRAM

0 1 BF CGRAM/ DDRAM address Đọc cờ báo bận và

địa chỉ của CGRAM hoặc DDRAM( tùy vào lệnh trước đó)

40us

Ghi

CGRAM/

DDRAM

CGRAM hoặc DDRAM

40us

Đọc

CGRAM/

DDRAM

CGRAM hoặc DDRAM

40us

e> các bit viết tắt trong mã lệnh

con trỏ

1=dịch chuyển vị trí con trỏ

B 0=con trỏ không nhấp nháy =1 con trỏ nhấp nháy

S/C 0=di chuyển con trỏ =1 dịch chuyển hiển thị

DL 0=chế độ 4bit dữ liệu =1 chế độ 8bit dữ liệu

6> bộ phím nhấn điều khiển (khống chế)

a, sơ đồ mạch

b, chức năng: dùng để thiết lập nhiệt độ khống chế

SW2 (được nối với INT0 ) là phím dùng để tăng nhiệt độ khống chế

SW3 (được nối với INT1) là phím dùng để giảm nhiệt độ khống chế

SW4 (được nối với T0) là phím dùng để làm phím mode( chế độ)

7> ứng dụng điều khiển

a, sơ đồ mạch

b, chức năng: hiển thị khi nhiệt độ đo được so sánh với nhiệt độ khống chế

Nếu t0 đo > t0khống chế max thì led 2 sáng

Nếu t0 đo<t0 khống chế min thì led 3 sáng

Nếu t0 kcmin< t0 đo< t0 kc max thì led 4 sáng

Đây chỉ là mạch điều khiển đơn giản sử dụng led Còn trong thực tế có thể ứng dụng

nhiều: như việc khống chế nhiệt độ của lò lung, máy lạnh,…

CHƯƠNG II>LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN I>sơ đồ giải thuật

Chương trình chính

START

NẠP GIÁ TRỊ ĐẦU

MODE Tăng t0 đặt

T0 đo <t0 min

T0 đo > t0 max

Giảm t0 đặt

Hiển thị t0 đo được

Đọc ADC

Khối xử lý

Hiển thị cảnh báo

Hiển thị t0 đặt

GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH KHỐNG CHẾ

No

Yes

No

Yes

No

Phím tăng có nhấn?

Phím giảm có nhấn?

Giảm thông số đi

một đi vị

Gọi chương trình hiển thị

Phím mode có nhấn không?

Tăng thông số lên

một đơn vị

START

II> code chương trình