ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ, HIỂN THỊ LCD .
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 rấtiện dụng và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ nà
LCD....
Nhóm 8
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 ± 10C”.
Giáo viên hướng dẫn:
Hoàng Mạnh Kha
Sinh viên thực hiện:
1.Phạm Hồng Kiền
2.Vũ Văn Học
3.Nguyễn Đăng Tâm
Điện tử 3 k1
1
Nhóm 8
L ỜI 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 rất
tiện dụng và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án
nhỏ này, em chỉ dùng vdk để đo và khống chế nhiệt độ, đồng thời cho hiển thị lên
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 từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng
dụng khác trong đời sống hằng ngày cần đến.
Việc thực hiện xong đồ án môn học bằng các kiến thức đã học, một số sách
tham khảo và một số nguồn tài liệu khác nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì
vậy nhóm rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Điện tử 3 k1
2
Nhóm 8
Mục lục
trang
Lời nói đầu.................................................................................................................2
Mục lục.......................................................................................................................3
Chương I>Tổng quan thiết kế phần cứng cho đồ án. ......................................4
I. sơ đồ khối tổng quát . ..........................................................................4
II. Các vi mạch chính sử dụng trong từng khối và nguyên lý hoạt
động từng khối. ......................................... ............................................5
Chương II >Lập trình cho vi điều khiển. ..........................................................14
1. sơ đồ giải thuật................................................................................... ..14
2. code lập trình. .......................................................................................
Điện tử 3 k1
3
Nhóm 8
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO ĐỒ ÁN
I. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT
1.sơ đồ
KHỐI KHỐI HIỂN
CHUYỂN THỊ: LCD
ĐỒI
TƯƠNG TỰ
=> SỐ
KHỐI XỬ LÝ TRUNG
KHỐI ĐIỀU
TÂM: 8051
KHIỂN
KHỐI ĐIỀU (khống chế)
CHẾ VÀ
KHUẾCH
ĐẠI
ĐẦU RA ỨNG
DỤNG
KHỐI CẢM
(điều khiển lò
BIẾN
nhiệt, cảnh
báo,…)
Điện tử 3 k1
4
Nhóm 8
2> sơ đồ nguyên lý.
II. CÁC VI MẠCH CHÍNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
1.trong khối cảm biến: có LM35;
2.Trong khối điều chế và khuếch đại: LM358;
3.Trong khối chuyển đổi: ADC 0804;
4.Trong khối xử lý trung tâm: AT89C52;
5.khối hiển thị: LCD ;
6.Khối điều khiển (khống chế): hệ thống các phím nhấn.
7.đầu ra ứng dụng: (đơn giản) là các led hiển thị.
III. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA TỪNG VI MẠCH.
1> Cảm biến nhiệt LM35.
1.1 Nguyên 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
Điện tử 3 k1
5
Nhóm 8
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
quy luật hàm mũ với nhiệt độ.
+LM135, LM35
Ngõ ra là điện áp.
Độ nhạy 10mv/10C
Sai số cực đại 1,50C khi nhiệt độ lớn hơn 1000C.
Phạm vi sử dụng :00 C=>1000 C
2> Khuếch đại LM358;
a, cấu tạo
LM358 gồm có 2 con khuếch đại thuật toán:
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 và dòng điện nhận được từ LM35 để sau đó chuyển tiếp
đến đầu vào IN của ADC 0804;
LM358
Sơ đồ mạch như sau:
b, tính toán và cân chỉnh
+tại OA2:
0 − Un Un − Ur
=
Xét tại: N2:
R3 R4
R3 + R 4
=>Ur=Un . .
R3
Uv − Up Up
Xét tại P2: = .
R1 R2
R2
=> Up=Uv .
R1 + R 2
Mà coi như OA lý tưởng.
Uv=Up;
Điện tử 3 k1
6
Nhóm 8
R3 + R 4 R2
Ur=Uv. . ;
R1 + R 2
R3
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, c ấ u t ạ o
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 Ω và C=15pf.
256
Có đầu ra số: N= xVin.;
5
Vin.100
T0 cần đo= với K là hệ số khuếch đại qua IC LM358.
K
d, nguyên lý hoạt động
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.
RD :là chân điều khiển đọc dữ liệu. RD=0: có dữ liệu lối ra.
RD=1: không có dữ liệu lối ra.
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.
Điện tử 3 k1
7
Nhóm 8
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.
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.
VIN là chân lối vào của điện áp tương tự.
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:
Thanh ghi tích lũy A;
Thanh ghi tích lũy phụ B;
Đơn vị logic học (ALU);
Thanh ghi từ trạng thái chương trình;
Bốn băng thanh ghi;
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.
Điện tử 3 k1
8
Nhóm 8
Port 3
Mỗi chân trên Port 3 ngoài chức năng xuất nhập còn có một chức năng riêng, cụ thể
như sau:
Bit Tên Chức năng
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 ngoài 1
P3.4 TO Ngõ vào của Timer/counter0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/counter1
P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
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
Điện tử 3 k1
9
Nhóm 8
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.
Điện tử 3 k1
10
Nhóm 8
5> hiển thị( LCD 16x2)
a, c ấ u t ạ o
Chức năng các chân của Module LCD 16x2;
Chân số Ký hiệu Mức logic I/O Chức năng
1 Vss - - Nguồn cung cấp(GND)
2 Vdd - - Nguồn cung cấp(+5V)
3 Vee - I Điện áp để điều chỉnh độ tương phản
4 RS 0/1 I Lựa chọn thanh ghi
0= thanh ghi lệnh
1=thanh ghi dữ liệu
5 R/W 0/1 I 0=ghi vào LCD module
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)
8 DB2 0/1 I/O Data bus line1
9 DB3 0/1 I/O Data bus line2
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)
15 Vcc - - Nguồn cung cấp
16 GND - - mass
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.
Điện tử 3 k1
11
Nhóm 8
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
Lệnh Mã lệnh Mô tả Thời
gian
RS R/ DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7
thi
W
hành
Xóa màn 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Xóa màn hình đưa 1.64m
hình con trỏ về vị trí đầu s
Đưa con trỏ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 x Đưa con trỏ về vị 1.64m
về vị trí đầu trí đầu s
Thiết lập 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S Thiết lập hướng 40us
chế độ dịch chuyển con
trỏ(I/D), dịch hiển
thị(S)
Bật tắt hiển 0 0 0 0 0 0 1 D C B Bật tắt hiển thị, con 40us
thị trỏ; bật tắt chế độ
nhấp nháy con trỏ
Dịch con trỏ 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * Thiết lập chiều dịch 40us
hiển thị chuyển của con trỏ
và hiển thị
Thiết lập 0 0 0 0 1 DL N F * * Thiết lập độ dài của 40us
chức năng dữ liệu, số dòng và
font chữ
Thiết lập địa 0 0 0 1 CGRAM address Thiết lập địa chỉ 40us
chỉ CGRAM
CGRAM
Thiết lập địa 0 0 1 DDRAM address Thiết lập địa chỉ 40us
chỉ DDRAM
DDRAM
Đọc cờ báo 0 1 BF CGRAM/ DDRAM address Đọc cờ báo bận và 40us
bận và địa địa chỉ của
chỉ CGRAM hoặc
CGRAM/ DDRAM( tùy vào
lệnh trước đó)
DDRAM
Ghi 1 0 Write data Ghi dữ liệu vào 40us
CGRAM/ CGRAM hoặc
DDRAM DDRAM.
Đọc 1 1 Read data Đọc dữ liệu từ 40us
CGRAM/ CGRAM hoặc
DDRAM DDRAM
Điện tử 3 k1
12
Nhóm 8
e> các bit viết tắt trong mã lệnh.
Tên bit Mô t ả
I/D 0=không dịch chuyển vị trí 1=dịch chuyển vị trí con trỏ
con trỏ
S =0 không dịch chuyển hiển =1 dịch chuyển hiển thị
thị
D 0=tắt hiển thị =1 bật hiển thị
C 0=tắt con trỏ =1 bật 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
R/L 0= dịch trái =1 dịch phải
DL 0=chế độ 4bit dữ liệu =1 chế độ 8bit dữ liệu
N 0=1 dòng 1= 2 dòng
F 0= font 5x7 1= font 5x10
BF 0= không bận 1= đang bận
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 đoNhóm 8
CHƯƠNG II>LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN
I>sơ đồ giải thuật
Chương trình chính.
START
NẠP GIÁ TRỊ ĐẦU
T0 đo > t0 max
Tăng t0 đặt
MODE
Hiển thị
cảnh báo
Đọc ADC
Giảm t0 đặt T0 đo Nhóm 8
GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH KHỐNG CHẾ
START
Phím mode có
No
nhấn không?
Phím
Yes
Tăng thông số lên
tăng có
một đơn vị
nhấn?
No
Giảm thông số đi Yes Phím
một đi vị giảm có
nhấn?
No
Gọi chương trình
hiển thị
Điện tử 3 k1
15
Nhóm 8
II> code chương trình.
Điện tử 3 k1
16
