Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng vi kiều khiển 8051
Trang Luận văn tốt nghiệp PHẦN I LÝ THUYẾT CHƯƠNG I DẪN NHẬP I ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử màtrong kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng lónh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Xuất phát từ đợt thực tập tốt nghiệp nhà máy tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hoàn toàn chưa áp dụng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà sử dụng nhân công Từ điều thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao Nên chúng em định thiết kế mạch đếm sản phẩm gần gũi với thực tế thật có ý nghóa chúng em làm phần nhỏ đóng góp cho xã hội Để làm mạch cần thiết kế hai phần là: phận cảm biến phận đếm * Bộ phận cảm biến: gồm phần phát phần thu Thông thường người ta sử dụng phần phát led hồng ngoại để phát ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so với loại ánh sáng khác, phần thu transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại * Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi la:ø -Lắp mạch dùng kỹ thuật số với IC đếm, chốt, so sánh ghép lại -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển II CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: Với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có: Các ưu điểm sau: -Cho phép tăng hiệu suất lao động -Đảm bảo độ xác cao -Tần số đáp ứng mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao -Khoảng cách đặt phần phát phần thu xa cho phép đếm sản phẩm lớn -Tổn hao công suất bé, mạch sử dụng pin accu -Khả đếm rộng -Giá thành hạ GVHD Nguyễn Việt Hùng Luận văn tốt nghiệp Trang -Mạch đơn giản dễ thực Với việc sử dụng kỹ thuật số khó đáp ứng việc thay đổi số đếm Muốn thay đổi yêu cầu mạch buộc lòng phải thay đổi phần cứng.Do lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kinh tế mà nhiều yêu cầu không thực phương pháp Với phát triển mạnh nghành kỹ thuật số đặc biệt cho đời họ vi xử lí vi điều khiển đa chức việc dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển giải bế tắc kinh tế mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không thực Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí: Ngoài ưu điểm liệt kê phương pháp dùng IC rời mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí có ưu điểm sau: -Mạch thay đổi số đếm cách linh hoạt việc thay đổi phần mềm, phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời thực mà thực cứng nhắc mà người công nhân khó tiếp cận, dễ nhầm - Số linh kiện sử dụng mạch -Mạch đơn giản so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có phần cài đặt số đếm ban đầu -Mạch lưu lại số liệu ca sản xuất -Mạch điều khiển đếm nhiều dây chuyền sản xuất lúc phần mềm -Mạch kết nối giao tiếp với máy tính thích hợp cho người quản lí phòng kỹ thuật nắm bắt tình hình sản xuất qua hình máy vi tính Nhưng thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu kinh tế chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển: Ngoài ưu điểm có hai phương pháp trên, phương pháp có ưu điểm : -Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mô nhỏ, tiện lợi mà vi xử lí không thực -Nó giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí giao tiếp với máy tính giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính III MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI: Trong đồ án chúng em thực mạch đếm sản phẩm phương pháp đếm xung Như sản phẩm qua băng chuyền phải có thiết bị để cảm nhận sản phẩm, thiết bị gọi cảm biến Khi sản phẩm qua cảm biến nhận tạo xung điện đưa khối xử lí để tăng dần số đếm Tại thời điểm tức thời, để xác định số đếm cần phải có phận hiển thị Tuy nhiên khu vực sản xuất hay ca sản xuất lại yêu cầu với số đếm khác phải có linh hoạt việc chuyển đổi số đếm Bộ phận chuyển đổi trực quan bàn GVHD Nguyễn Việt Hùng Trang Luận văn tốt nghiệp phím Khi cần thay đổi số đếm người sử dụng cần nhập số đếm ban đầu vào mạch tự động đếm Khi số sản phẩm đếm với số đếm ban đầu mạch tự động dừng Từ suy mục đích yêu cầu đề tài: -Số đếm phải xác, thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu cách linh hoạt -Bộ phận hiển thị phải rõ ràng -Mạch điện không phức tạp, bảo đảm an toàn,dễ sử dụng -Giá thành không mắc IV GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: -Các sản phẩm đa dạng với nhiều chủng loại: đặc; rỗng, kích cỡ khác Nhưng với khả thiết bị lắp mạch đếm sản phẩm có khả che ánh sáng có kích thước từ 10cm3 đến 30cm3 -Đếm số sản phẩm thùng phạm vi thay đổi từ 999 Còn số thùng sản phẩm phạm vi thay đổi từ 19999 -Lưu số sản phẩm, số hộp sau ca sản xuất cho phép xem số sản phẩm số hộp ca sản xuất Từ mục đích yêu cầu đề tài chúng em đưa sơ đồ khối tổng quát mạch điện sau: V XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT: KHỐI HIỂN THỊ CẢM BIẾN GVHD Nguyễn Việt Hùng KHỐI XỬ LÝ BÀN PHÍM Trang Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG II LÝ THUYẾT THIẾT KẾ I CÁC KHỐI TRONG MẠCH ĐIỆN: Cảm biến: a Giới thiệu sơ lược mạch cảm biến: Để cảm nhận lần sản phẩm qua cảm biến phải có phần phát phần thu Phần phát phát ánh sáng hồng ngoại phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm bị nhiễu so với loại ánh sáng khác Hai phận phát thu hoạt động với tần số Khi có sản phẩm qua phần phát phần thu, ánh sáng hồng ngoại bị che phận thu hoạt động với tần số khác tần số phát tạo xung tác động tới phận xử lí Vậy phận phát phận thu phải có nguồn tạo dao động Bộ phận dao động tác động tới công tắc đóng ngắt nguồn phát nguồn thu ánh sáng Có nhiều linh kiện phát thu ánh sáng hồng ngoại chúng em chọn led hồng ngoại transitor quang linh kiện phát thu transistor quang linh kiện nhạy với ánh sáng hồng ngoại Bộ phận tạo dao động dùng mạch LC, cổng logic, IC dao động Với việc sử dụng IC chuyên dùng tạo dao động, tạo dao động trở nên đơn giản với tần số phát thu Vì tín hiệu ngõ trasitor quang nhỏ nên cần có mạch khuyếch đại trước đưa đến tạo dao động Chúng em chọn IC khuếch khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn Vậy sơ đồ khối phần phát phần thu là: KHỐI DAO ĐỘNG TRANSITOR THU KHUYẾCH ĐẠI KHỐI DAO ĐỘNG b Các linh kiện mạch cảm biến: b1 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động led hồng ngoại: _Led cấu tạo từ GaAs với vùng cấm có độ rộng 1.43eV tương ứng xạ 900nm Ngoài pha tạp Si với nguyên vật liệu GaAlAs, độ rộng vùng cấm thay đổi Với cách này, người ta tạo dải sóng 800 - 900nm tạo điều hưởng cho led hồng ngoại phát bước sóng thích hợp cho điểm cực đại độ nhạy thu _Hoạt động: mối nối p - n phân cực thuận dòng điện qua nối lớn dẫn điện hạt tải đa số, mối nối phân cực nghịch có dòng rỉ di chuyển hạt tải thiểu số Nhưng chiếu sáng vào mối nối, dòng điện nghịch tăng lên gần tỷ lệ với quang thông lúc dòng thuận không tăng Đặc tuyến volt – ampere led hồng ngoại sau: GVHD Nguyễn Việt Hùng Trang Luận văn tốt nghieäp I(A) =4 =3 =2 =1 =0 U(V) b2 Photon transistor Photon Transistor tương tự transistor thông thường khác chỗ cực bazơ, thay cho tác dụng khống chế dòng vào cực bazơ khống chế chùm sáng dòng colector transitor có cực bazơ, khống chế tín hiệu ánh sáng Cấu tạo transistor quang _ Ký hiệu cấu tạo: C Cực thu (colecter) Cực B (base) Cực phát E Ký hiệu N E (emiter) P N C B Cấu tạo _Hình thức bên khác với transistor thông thường chỗ vỏ có cửa sổ suốt cho ánh sáng chiếu vào Ánh sáng qua cửa sổ chiếu lên miền bazơ transistor Chuyển tiếp PN emitor chế tạo transistor thông thường, chuyển tiếp PN colector, miền bazơ cần chiếu sáng, có nhiều hình dạng khác nhau, có dạng hình tròn nằm tâm miền bazơ Khi sử dụng transistor quang mắc mạch tương tự transistor mắc chung emitor (CE) Chuyển tiếp emitor phân cực thuận chuyển tiếp colector phân cực nghịch Có nghóa transistor quang phân cực chế độ khuyếch đại Dòng điện transistor: Vì nối thu phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy thu – nối phát phân cực thuận nên dòng thu ( + 1)Ico dòng tối quang transistor Khi chiếu ánh sáng vào miền bazơ, miền bazơ có phát xạ cặp điện tử lỗ trống làm xuất dòng IL Do ánh sáng khiến dòng thu trở thành: Ic = ( + 1) (Ico + IL) GVHD Nguyeãn Việt Hùng Trang Luận văn tốt nghiệp Đặc tuyến cuûa transistor quang H=9 I(A) H=7 H=5 H=4 H=1 10 15 20 U(V) Trong H mật độ chiếu sáng (mW/cm2 ) Đặc tuyến transistor quang giống đặc tuyến Volt- ampere transistor thông thường mắc EC Điều khác tham số dòng Ib mà lượng chiếu sáng Đặc tuyến Volt ampere transistor quang ứng với khoảng Uce nhỏ gọi miền bão hòa tích tụ điện tích coi chuyển tiếp colector phân cực thuận Cũng tương tự trường hợp transistor thông thøng, độ dốc đặc tuyến miền khuyếch đại b3 IC dao động 555 Sơ đồ chân: GND TRI OUT RES VCC DIS THR CN FLIP FLOP Sơ đồ khối bên IC 555 OUTPUT GVHD Nguyễn Việt Hùng Trang Luận văn tốt nghiệp Chức chân Đây vi mạch định thời chuyên dùng, mắc thành dạng mạch đơn ổn hay bất ổn Điện áp cung cấp từ 3V đến 18V Dòng điện đến 200mA (loại vi mạch BJT) hay 100mA (loại CMOS) Chân 1: Nối với masse Chân 2: Nhận tín hiệu kích thích (trigger) Chân 3: Tín hiệu (output) Chân 4: Phục nguyên trạng thái ban đầu (preset) Chân 5: Nhận điện áp điều khiển (control voltag) Chân 6: Mức ngưỡng ( threshold ) Chân 7: Tạo đường phóng điện cho tụ Chân 8: Cấp nguồn Vcc * IC khuyếch đại LM 324 ( QUAD OPERATIONAL AMPLIFIER) 14 13 12 11 10 GND +3 - 30V +3 + 1+ +2 LM 324 IC coù tầng khuếch đại thuật toán, IC làm việc với loại nguồn đơn Độ lợi 100dB, nhiên băng thông hẹp LM 3900 Chú ý: không để ngã chạm vào nguồn V+ hay chạm thẳng vào masse, điều làm hư IC IC 567 (TONE DECODER): IC 567 Bộ giải mã âm sắc IC chứa vòng khóa pha Khi tần số phù hợp với tần số trung tâm chân có mức áp thấp Do tín hiệu từ transistor qua tầng khuyếch đại đưa đến ngõ vào IC 567 Tần số xác lập theo mạch định thời R C hay 1,1(RC) R lấy khoảng 2K đến 20K 567 tách dò tần số ngã vào từ 0,01Hz đến 500KHz Tụ ngõ Tụ lọc thôngthấp Ngõvào +4,75-9,0V GVHD Nguyễn Việt Hùng 567 Ngõ GND Tụ định thời Điện trở định thời Luận văn tốt nghiệp Trang Ghi chú: ngã vào mạch lọc thấp qua tính theo F xác định n/F0 Trong n khoảng 1300 đến 62000 Tụ ngã lấy trị số gấp đôi tụ mạch lọc thấp qua ngã vào Khối xử lí: Với khối xử lí người ta dùng IC rời khối vi xử lí Nếu sử dụng vi xử lí khối xử lý, người ta thiết kế mạch điện giao tiếp với máy tính nên dễ dàng cho việc điều khiển từ xa việc thay đổi phần mềm mở rộng chương trình điều khiển mạch điện đếm nhiều dây chuyền thời điểm hay lưu lại số liệu ca sản xuất, lí chúng em sử dụng vi xử lí khối xử lí Cùng với thời gian, người cho đời nhiều loại vi xử lí từ bit đến 64 bit với cải tiến ngày ưu việt tùy theo mục đích sử dụng mà vi xử lí bit tồn Trong đồ án chúng em sử dụng vi điều khiển 8051 8051 vi xử lí bit có chứa nhớ bên có thêm định thời giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí bit 8085 giao tiếp với máy tính giao tiếp song song nên cần có IC chuyển đổi liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính Với nhớ 8051 thích hợp cho chương trình có quy mô nhỏ,tuy nhiên 8051 kết hợp với nhớ cho chương trình có quy mô lớn Sau giới thiệu chúng em vi điều khiển 8051: a Giới thiệu cấu trúc phần cứng 8051 a1 Sơ đồ chân 8051 8051 IC vi điều khiển (Microcontroller) hãng Intel sản xuất IC có đặc điểm sau: - 4k byte ROM,128 byte RAM - Port I/O bit - đếm/ định thời 16 bit - Giao tiếp nối tiếp - 64k byte không gian nhớ chương trình mở rộng - 64k byte không gian nhớ liệu mở rộng - Một xử lý luận lý (thao tác bít đơn) - 210 bit địa hóa - Bộ nhân / chia Sơ lược chân 8051: GVHD Nguyễn Việt Hùng Luận văn tốt nghiệp Trang a2 Chức chân 8051: Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7) Port có chức năng: thiết kế cỡ nhỏ không dùng nhớ mở rộng có chức đường IO, thiết kế lớùn có nhớ mở rộng kết hợp bus địa bus liệu Port 1: từ chân đến chân (P1.0 _ P1.7) Port port IO dùng cho giao tiếp với thiết bị cần Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Port port có tác dụng kép dùng đường xuất nhập byte cao bus địa thiết bị dùng nhớ mở rộng Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7) Port port có tác dụng kép Các chân port có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến đặc tính đặc biệt 8051 bảng sau : Bit Tên Chức n ăng chuyển đổi P3.0 RXD Ngõ vào liệu nối tiếp P3.1 TXD Ngõ xuất liệu nối tiếp P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt cứng thứ P3.3 INT1\ Ngõ vào ngắt cứng thứ P3.4 T0 Ngõ vào TIMER/ COUNTER thứ P3.5 T1 Ngõ vào TIMER/ COUNTER thứ P3.6 WR\ Tín hiệu ghi liệu lên nhớ P3.7 RD\ Tín hiệu đọc nhớ liệu PSEN (Program store enable): PSEN tín hiệu ngõ có tác dụng cho phép đọc nhớ chương trình mở rộng thường nối đến chân OE\ Eprom cho phép đọc byte mã lệnh GVHD Nguyễn Việt Hùng Luận văn tốt nghiệp Trang 10 PSEN mức thấp thời gian 8051 lấy lệnh Các mã lệnh chương trình đọc từ Eprom qua bus liệu, chốt vào ghi lệnh bên 8051 để giải mã lệnh Khi 8051 thi hành chương trình ROM nội PSEN mức cao ALE (Address Latch Enable): Khi 8051 truy xuất nhớ bên ngoài, Port có chức bus địa liệu phải tách đường liệu địa Tín hiệu ALE chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp đường địa liệu kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu chân ALE xung khoảng thời gian port đóng vai trò địa thấp nên chốt địa hoàn toàn tự động EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ chân 31 thường mắc lên mức mức Nếu mức 1, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức 0, 8051 thi hành chương trình từ nhớ mở rộng Chân EA\ lấy làm chân cấp nguồn 21V lập trình cho Eprom 8051 RST (Reset): Khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức cao chu kỳ máy, ghi bên nạp giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch phải tự động reset Các ngõ vào dao động X1, X2: Bộ tạo dao động tích hợp bên 8051 Khi sử dụng 8051, người ta cần nối thêm tụ thạch anh tụ Tần số tụ thạch anh thường 12 Mh b Cấu trúc bên 8051 b1 Sơ đồ khối bên 8051: GVHD Nguyễn Việt Hùng ... họ vi xử lí vi điều khiển đa chức vi? ??c dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển giải bế tắc kinh tế mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không thực Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi. .. dụng mạch -Mạch đơn giản so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có phần cài đặt số đếm ban đầu -Mạch lưu lại số liệu ca sản xuất -Mạch điều khiển đếm nhiều dây chuyền sản xuất lúc phần mềm -Mạch kết... sản xuất qua hình máy vi tính Nhưng thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu kinh tế chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi
![Qua bảng trạng thái của 8255, ta thấy thanh ghi điều khiển đặt dưới địa chỉ bên trong là A1 = [1], A0 = [1] - Thiết kế mạch đếm sản phẩm dùng vi kiều khiển 8051](https://media.store123doc.com/figures/001/430/bang-trang-thai-ghi-khien-dat-dia-ben-1430133.png)
