Luận văn tốt nghiệp Trang 28 GVHD Nguyễn Việt Hùng Cấu trúc từ điều khiển: Vì dòng ra các port của 8255 rất nhỏ (lớn nhất là port A khoảng 5mA) nên cần có IC đệm dòng để nâng dòng lên đủ kéo cho led sáng. Chúng em chọn IC đệm 74245, sau đây là sơ đồ chân, bảng trạng thái của 74245: Sơ đồ chân và sơ đồ logic của 74245 như sau: Nhóm B Port C (thấp) 1 = nhập 0 = xuất Port B 1 = nhập 0 = xuất Chọn chế độ 0 = chế độ 0 1 = chế độ 1 Cờ lập chế độ 1 = tích cựïc Nhóm A Port C (cao) 1 = nhập 0 = xuất Port A 1 = nhập 0 = xuất Chọn chế độ 00 = chế độ 0 01 = chế độ 1 1x = chế độ 2 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Luận văn tốt nghiệp Trang 29 GVHD Nguyễn Việt Hùng Tuy nhiên dòng ra lớn nên phải dùng thêm điện trở hạn dòng từ mỗi ngõ ra (B1 _ B8) của 74245 4. Bàn phím: Vì đây là mạch đếm sản phẩm, đếm số sản phẩm trong một thùng, và số sản phẩm trong một lô, mỗi loại như vậy có thể nhập vào số đếm trong phạm vi từ 0 đến tối đa 9999, do đó chúng em sử dụng 10 phím số từ 0 đến 9. Và mỗi lần nhập số vào để nhận biết là nhập mấy số hoặc đã nhập xong và muốn biết cho phép đếm chưa hoặc hủy bỏ số vừa nhập phải cần sử dụng thêm các phím chức năng, nên chúng em dùng thêm 6 phím chức năng từ A đến F. Do đó bàn phím gồm 16 phím được kết nối vào port 1 của 8051: Sơ đồ khối kết nối như sau: Enable G\ Direction Control DIR Operation L L H L H X Dữ liệu từ B đưa ra bus A Dữ liệu từ A đưa ra busA Ngăn Bảng sự thật 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 74245 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 DIR A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A Vcc G\ B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 Sơ đồ chân 8051 BÀN PHÍM PORT 1 Luận văn tốt nghiệp Trang 1 GVHD Nguyễn Việt Hùng 8 0 5 1 74373 ROM CS\ RAM CS\ 8255-2 CS\ 74138 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Hiển thò Rơle ĐH 8255-1 CS\ Rơle BC Thu Phát Port0 Data A 0  A 7 A 0  A 1 PortA PortB PortA PortB.0 A 8  A 12 Port2 A 13  A 15 BÀN PHÍM Port1 Address SƠ ĐỒ KHỐI CHI TIẾT CỦA MẠCH ĐIN Luận văn tốt nghiệp Trang 1 GVHD Nguyễn Việt Hùng PHẦN II THIẾT KẾ,THI CÔNGVÀ CHƯƠNG TRÌNH CHƯƠNG I THIẾT KẾ, THI CÔNG PHẦN CỨNG Sau khi đã phân tích một mô hình hệ thống vi xử lý bây giờ chúng em bắt đầu đi vào tính toán các giá trò thực tế để cho hệ thống hoạt động được. Việc tính toán lựa chọn phải dựa trên lý thuyết và các linh kiện thông dụng trên thò trường. Mặc dù phần cứng hệ thống không thể thay đổi được nhưng phần mềm có thể thay đổi làm cho hệ thống có khả năng hoạt động một cách linh hoạt vì vậy thiết kế phần cứng phải cân đối sao cho phần mềm không quá phức tạp. I. KẾT NỐI 8051 VỚI BỘ NHỚ VÀ CÁC IC NGOẠI VI : 1. Kết nối bộ nhớ chương trình bên ngoài: Bộ xử lý chính là IC 8051 với tần số làm việc là 12 MHz. Chân 18, 19 của 8051 được nối với thạch anh (cũng có thể thay thế thạch anh bằng tín hiệu xung clock). Bộ nhớ ROM được cho phép bởi tín hiệu PSEN\. Hình sau mô tả cách nối bộ nhớ Eprom với 8051: 2. Kết nối bộ nhớ dữ liệu ngoài: Bộ nhớ Ram được cho phép ghi/ đọc bằng các tín hiệu điều khiển WR\ và RD\. 8051 có 1 lệnh duy nhất truy xuất dữ liệu của bộ nhớ dữ liệu ngoài là MOVX dùng con trỏ 16 bit (DPTR) hoặc R0 và R1 xem như thanh ghi đòa chỉ. Kết nối bus đòa chỉ và bus dữ liệu giữa RAM và 8051 cũng giống như EPROM . Ngoài ra, RD của 8051 được nối tới chân cho phép xuất (OE\ ) của Ram và chân WR được nối tới chân ghi (WR\) của Ram. D7 - D0 EPROM A7- A0 A15 -A8 0E\ Port 0 EA 8051 Port2 PSEN D 74373 Q G ALE Luận văn tốt nghiệp Trang 2 GVHD Nguyễn Việt Hùng 3.Kết nối mạch giải mã: *Hình thành mạch giải mã đòa chỉ dựa trên bảng đồ bộ nhớ sau: IC A 15 A 14 A 13 A 12 A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 hex 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Rom 8K 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0000 H 1FFFH 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ram 8K 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2000 H 3FFFH 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8255 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 4000 H 4003 H 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8255 2 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 6000 H 6003 H Tuy nhiên tại một thời điểm chỉ có 1 IC nhớ được truy xuất nên dùng các đường đòa chỉ A13, A14, A15 để phân biệt. Lấy A15, A13, A14 nối tới 3 đầu vào IC giải mã 74138 (A,B,C). Các ngõ ra Y0, Y1,Y2, Y3 lần lượt được nối tới CE của Rom,Ram, CS của 8255. Khi Yi = 0 thì IC đó được chọn: A13, A14, A15 = 0 chọn Rom A13 = 1, A14, A15 = 0 chọn Ram A13 = 0, A14 = 1, A15 = 0 chọn 8255 1 A13 =1, A14 = 1, A15 = 0 chọn 8255 2 4. Kết nối mạch chốt: -Chân ALE (chân 30) của 8051 kết nối với chân G của 74373. Các đường của Port0 nối với các đường từ Do đến D7 của 74373. Các đường tín hiệu (Q 0 Q 7 ) của 74373 và các đường port 2 (P 2.0 P 2.7 ) được nối tới các đường đòa chỉ của ROM và RAM (A 0 A 12 ) còn các đường dữ liệu từ port 0 được nối tới các đường dữ liệu của ROM và RAM, 8255 (D 0 D 7 ). D7 - D0 RAM A7- A0 A15 -A8 0E WR Port 0 EA 8051 ALE Port2 RD D Q 74373 G Luận văn tốt nghiệp Trang 3 GVHD Nguyễn Việt Hùng -Trong mỗi chu kỳ máy sẽ có 2 xung ALE. Khi ALE ở mức logic cao (G = 1) và OC\ = (0) thì ngõ ra Qo  Q7 tương ứng với ngõ vào D, mọi sự thay đổi ở ngõ vào đều ảnh hưởng đến ngõ ra, lúc này Port 0 tương ứng là đường đòa chỉ Ao  A7. Khi ALE xuống mức thấp (G = 0), ngõ ra Q sẽ giữ nguyên trạng thái trước đó bất chấp ngõ vào D, lúc này các đường Port 0 tương ứng là các đường dữ liệu Do  D7. *Tín hiệu PSEN\ của 8051 (chân 29) nối tới 0E của Rom. Các đường (RD,WR) nối đến RD, WR của Rom và 8255. Do muốn xếp chồng bộ nhớ nên cho tín hiệu RD\, PSEN của 8051 qua cổng AND (dùng 2 cổng NAND 74132) đưa tới OE\ của Ram *Hình thành công tắc lưạ chọn Rom A, Rom B: - Sơ đồ nguyên lý của công tắc lựa chọn: (Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển) - Nguyên lý hoạt động của công tắc lựa chọn như sau: Bất cứ khi nào cho phép truy xuất Rom (ngõ vào 1 chân cổng OR xuống mức logic [0]) và ngõ ra công tắc lựa chọn A hoặc B xuống mức logic [0] thì Rom A hay B được truy xuất. -Khi SW1 nối tới B, ngõ ra của cổng NAND (U9A) = 1 ngõ ra cổng OR (U8A) = 1, Rom A không được chọn. Đồng thời khi đó, ngõ ra cổng NAND (U9B) = 0, nếu A13, A14, A15 = 0 thì ngõ ra cổng OR (U8B) = 0  Rom B được chọn. Ngược lại, công tắc chuyển sang A thì Rom A được truy xuất. II. THIẾT KẾ MẠCH RESET: Khi công tắc chuyển từ A sang B và ngược lại đều reset toàn bộ lại hệ thống để cho PC = 0000H. Bởi vì khi đang làm việc tại Rom A, PC khác 0000H, khi chuyển sang Rom B  PC bắt đầu tại đòa chỉ khác 0000H  làm sai chương trình. Vì vậy mạch reset trong đồ án này bao gồm reset từ chuyển công tắc chọn Rom, reset từ ngoài đưa tới (nếu như kết hợp với mạch khác), reset khi bắt đầu mỗi chương trình đếm sản phẩm và reset nếu như nguồn cung cấp yếu. Sơ đồ nguyên lý mạch reset trong sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển. 1. Mạch reset từ việc chọn Rom: Mạch được tạo bởi cổng nand, IC 74221, cổng OR7432 và 1 cổng OR khi kết hợp với reset khác sơ đồ chân và bảng thái của 74221 như sau: Sơ đồ chân SN 74221: Bảng trạng thái INPUT OUTPUT clear A B Q Q L X X L H X H X L H X X L L H H L  H  H  L H 1A 1B Clr 1Q 2Q Cset Reset Vcc Reset Cset 1Q\ 2Q\ clr 2B 2A 74221 Luận văn tốt nghiệp Trang 4 GVHD Nguyễn Việt Hùng Qua bảng trạng thái: - Khi chân clear ở mức logic cao, A ở mức logic thấp và chân B chuyển trạng thái từ mức logic 0 lên 1 ở ngõ ra Q (ngược lại với Q\) - Khi chân clear ở mức logic cao, B ở mức logic cao và chân A chuyển trạng thái từ mức logic 1 xuống 0 thì thì 74211 tạo ra một xung dương ở ngõ ra Q Quá trình reset được thực hiện như sau: Khi SW chuyển sang B, ngõ ra của cổng NAND (U9A) từ 0 lên 1 chân B của74211 (U10B) từ 0 lên 1, A = 0  có một xung ở ngõ ra Q  ngõ ra cổng OR lên 1 dẫn đến RST = 1 hệ thống bò reset: đèn reset (D4 sáng). Khi chuyển công tắc sang A, ngõ ra cổng nand (U9A) từ 1 xuống 0chân A của 74221 từ 1 xuống 0, B = 1  có xung ra ở ngõ ra Q 74211 (U10A)  mạch bò reset. 2. Reset bằng nút nhấn: Khi nhấn nút, 1 chân của cổng nand U2A được nối mass ngõ ra = 1, reset (RST) = 1, hệ thống bò reset (đồng thời khi đó chân còn lại của cổng nand luôn được giữ ở mức cao). Khi kết nối với mạch điện khác, mạch điện khác có thể reset mạch điện này qua header 3 (JP8). Sự tác động thông qua sự ngắt dẫn của Q 3 C828. Khi Q 3 dẫn (có tác động bên ngoài), ngõ ra cổng nand (U2A) = 1, ngõ ra cổng OR = 1, RST = 1, hệ thống bò reset. 3. Reset khi nguồn cung cấp yếu: Các IC số chỉ hoạt động tốt khi nguồn cung cấp ổn đònh. Khi điện áp nguồn yếu, các IC hoạt động hỗn loạn, nếu không có sự hiển thò về nguồn cung cấp sẽ gây ra trường hợp mạch hoạt động sai mà không biết được nguyên nhân. Trên mạch điện này, điện yếu thì led xanh (D 7) sẽ sáng và lúc đó thì mạch sẽ bò reset cho đến khi nguồn cung cấp ổn đònh, còn khi nguồn ổn đònh thì led đỏ (D8) sẽ sáng. Quá trình reset thực hiện dựa trên sự ngắt dẫn của transistor kết hợp với cổng Nand 74132. Nguyên lý hoạt động mạch reset như sau: - Khi điện yếu (V H < 3,7 Volt), Zener (D5, D6) không dẫn  Q5 không dẫn, ngõ ra cổng Not (cổng nand 74132) = 0, Q6; không dẫn, Q7 dẫn (led xanh sáng), Q8 dẫn một chân của cổng nand (U2A) bò nối mass, mạch bò reset. - Khi nguồn cung cấp đầy đủ, D5;D6 dẫn, Q5 dẫn, Q6; Q7 không dẫn, Q9 dẫn led đỏ sáng  mạch hoạt động bình thường. Tính toán các giá trò điện trở phân cực cho transistor khi nguồn cung cấp yếu: Vì mạch sử dụng các transistor làm việc ở trạng thái bão hòa nên điều kiện để cho transistor hoạt động ở trạng thái này là: I B > I CSAT ; V BESAT =0.8V ; V CESAT =0.2V ; Trong mạch Reset này có dùng 74HC132 (cổng NAND ) có các thông số như sau: V IH(MIN) : Điện áp ngõ vào thấp nhất ở mức [ 1]. V IL(MAX) : Điện áp ngõ vào cao nhất ở mức [0 ]. Luận văn tốt nghiệp Trang 5 GVHD Nguyễn Việt Hùng V OH(MIN) : Điện áp ngõ ra thấp nhất ở mức [ 1 ]. V OH(MIN) : Điện áp ngõ ra cao nhất ở mức [ 0 ]. V IH(MIN) = 3.5 (V) V IL(MAX) = 1 (V ) V OH(MIN) = 4.9 (V ) V OH(MAX) = 0.1 ( V ) Tính toán các giá trò: 1. Transistor Q 1 (C828 ):  R B < 12,6k. Chọn R B = R5 = 10k 2. Transistor Q2 (A564 ): Chọn R B = R7 = 10K 3.Transistor Q4: (C828 ) + Chọn  = 40 + Chọn dòng qua led là 10mA      280 10 . 10 2.025 3 C R  Chọn R C = 220  mAmAAII LEDttCSATtt 1513013.0 220 2.025     + Chn  = 40 + Chọn dòng qua led là 10mA C CESATLEDCC CSAT R VVV I    C CESATLED 10 . 13 40 ). 8 , 0 9 . 4 ( 3        B B BESAT OH CSAT R R V V x I  + Chọn R C = 220  mAmAI CSAT 13013.0 220 2.025          280 10 . 10 2.025 3 C R + Chọn dòng qua LED là 10mA C ECSATLEDCC CSAT R VVV I    + Chọn  = 40 , điều kiện bảo hòa:   I B > I CSAT SATtt B OLEBSATtCC I R VVV            K I VVV R SATtt OLEBSATtCC B 5,12 13 )1,08,05(40 )(  Luận văn tốt nghiệp Trang 6 GVHD Nguyễn Việt Hùng Mà điều kiện bão hòa là: I B > I cSAT  Chọn R B = R19 = 10k 4. Transistor Q5 (C828): + Chn  = 40 + Chọn dòng I C =10mA  R c =1K +  I B > I cSAT 5. Transistor Q6 (C828 ): +Chọn  = 40 +Mà điều kiện bão hòa là: I B > I cSAT , chọn R c = 1K  Chọn R B = R24 = 10 k          KR B 16,34 2.05 18.09.4 .40      280 10 . 10 2.025 3 C R  Chn R C = 220  mAI CSATtt 13 10 220 2.025 3              KRI R VV BCSAT B BESATOH 61,12 13 8.09.4 40        480 10.10 2.05 3 C CECC C I VV R C CESATCC B BESATDDCC R VV R VVVV       65    CESATCC CDDCC B VV RVVV R      65             K 17 . 4 2.05 18,037.05 40  Chọn R B < 4.17K, lấy R B (R21) l biến trở 20K để điều chỉnh cho chính xác C CESATCC B BESATOH R VV R VV      . phím: Vì đây là mạch đếm sản phẩm, đếm số sản phẩm trong một thùng, và số sản phẩm trong một lô, mỗi loại như vậy có thể nhập vào số đếm trong phạm vi từ 0 đến tối đa 9999, do đó chúng em sử. yếu. Sơ đồ nguyên lý mạch reset trong sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển. 1. Mạch reset từ vi c chọn Rom: Mạch được tạo bởi cổng nand, IC 74221, cổng OR7432 và 1 cổng OR khi kết hợp với reset khác. Nguyễn Vi t Hùng Tuy nhiên dòng ra lớn nên phải dùng thêm điện trở hạn dòng từ mỗi ngõ ra (B1 _ B8) của 74245 4. Bàn phím: Vì đây là mạch đếm sản phẩm, đếm