Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài : Đo và ổn định độ sáng phòng
Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ti: o v n nh sỏng phũng NộI DUNG BáO CáO : I.Mc ớch yờu cu II.Sơ đồ khối tổng quát. III.Mạch nguyên lý,tính toán và mạch in. IV.Lu đồ thuật toán. V.Phần mềm điều khiển. 1 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 I. Mc ớch yờu cu Trong thc t, nhiu khi ta cn o v n nh sỏng ca mt phũng, mt to nh .Mc ớch ca bi toỏn ny l thit k h thng o v n nh sỏng phũng mt cỏch t ng. Khong ỏnh sỏng cn n nh c nhp vo theo yờu cu s dng, h thng iu khin s o v thay i sỏng phũng theo yờu cu bng c cu rốm ca v búng ốn. II. S khi tng quỏt 1.Sơ đồ khối : Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống đo lờng và điều khiển là: Từ sơ đồ khối tổng quát, dựa theo yêu cầu bài toán ta có sơ đồ khối cụ thể của mạch đo và điều khiển ánh sáng là: 2 Đối tư ợng cần đo bất kỳ SENSOR Biến đổi chuẩn hoá Cơ cấu chấp hành Mạch điều khiển Phát hiện sai Mức chuẩn I/O So sánh àP/àC/PC A/D Chỉ thị kết quả ánh sáng SENSOR Biến đổi chuẩn hoá Cơ cấu chấp hành điều khiển MC A/D Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 2.Giíi thiƯu c¸c linh kiƯn chÝnh: a.Quang trë: §Ỉc trng cđa c¸c c¶m biÕn ®iƯn trë lµ sù phơ thc cđa ®iƯn trë vµo th«ng lỵng bøc x¹ vµ phỉ cđa bøc x¹ ®ã.C¸c tÕ bµo quang dÉn lµ mét trong nh÷ng c¶m biÕn quang cã ®é nh¹y cao.C¬ së vËt lý cđa tÕ bµo quang dÉn lµ hiƯn tỵng quang dÉn do kÕt qu¶ cđa hiƯu øng quang ®iƯn néi:hiƯn tỵng gi¶i phãng h¹t t¶i ®iƯn trong vËt liƯu díi t¸c dơng cđa ¸nh s¸ng lµm t¨ng ®é dÉn cđa vËt liƯu. Trong ®Ị tµi nµy ta dïng quang trë R CdS chÕ t¹o b»ng b¸n dÉn ®a tinh thĨ ®ång nhÊt.§é nh¹y cđa quang trë rÊt cao vµ cßn phơ thc vµo nhiƯt ®é lµm viƯc.§iƯn trë tèi cđa nã kho¶ng 10 4 -10 9 «m ë 27 0 c.§iƯn trë gi¶m rÊt nhanh khi ®é räi t¨ng,®¬n vÞ cđa ®é räi lµ:LUX. b. Bộ chuyển đổi tương tự/số Bộ chuyển đổi tương tự – số được sử dụng trong hệ thống là ADC 0809. Đây là IC được chế tạo theo công nghệ CMOS gồm một bộ chuyển đổi tươngtự - số 8 bit, bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương thích.Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ liên tiếp. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập. Phương pháp ADC xấp xỉ liên tiếp (Successive- Approximation ADC) là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi. Tuy mạch điện phức tạp nhưng thời gian chuyển đổi lại ngắn hơn. Phương pháp chuyển đổi ADC xấp xỉ liên tiếp có thời gian chuyển đổi cố đònh không phụ thuộc vào điện áp ngõ vào. 3 V A Clock Start EOC V’ A + - DAC Thanh ghi điều khiển Logic điều khiển MSB LSB Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phương pháp xấp xỉ liên tiếp. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 - Hoạt động:Khi tác động cạnh xuống của xung start thì ADC bắt đầu chuyển đổi. Mạch logic điều khiển set bit có nghóa lớn nhất (MSB) của thanh ghi điều khiển lên mức cao và tất cả các bit còn lại ở mức thấp. Số nhò phân ra ở mạch thanh ghi điều khiển được qua mạch DAC để tạo ra điện áp tham chiếu V’ a . + Nếu V’ a >V a thì ngõ ra bộ so sánh xuống mức thấp, làm cho mạch logic điều khiển xóa bit MSB xuống mức thấp. + Nếu V’ a <V a thì ngõ ra của bộ so sánh vẫn ở mức cao và làm cho mạch logic điều khiển giữ bit MSB ở mức cao. Tiếp theo mạch logic điều khiển đưa bit có nghóa kế bit MSB lên mức cao và tạo ở ngõ ra khối DAC một điện áp tham chiếu V’ a rồi đem so sánh tương tự như bit MSB ở trên. Quá trình này cứ tiếp tục cho đến bit cuối cùng trong thanh ghi điều khiển. Lúc đó V’ a gần bằng V a ngõ ra của mạch logic điều khiển báo kết thúc chuyển đổi. Như vậy mạch đổi ra n bit chỉ mất n chu kỳ xung clock nên có thể đạt tốc độ rất cao. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp ADC xấp xỉ liên tiếp là không thể đáp ứng với tín hiệu tương tự vào biến đổi cực nhanh . - Sơ đồ chân ADC 0809: - Chức năng các chân: + IN 0 đến IN 7 : 8 ngõ vào tương tự. 4 ADC0809 28 15 1 14 IN 2 IN 1 IN 0 A B C ALE 2 -1 2 -2 2 -3 2 -4 2 -8 REF 2 -6 START IN 3 IN 4 IN 5 IN 6 IN 7 EOC 2 -5 OE CLK V CC REF GND 2 -7 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 + A, B, C : giải mã chọn 1 trong 8 ngõ vào + Z -1 đến Z -8 : ngõ ra song song 8 bit + ALE : cho phép chốt đòa chỉ + START : xung bắt đầu chuyển đổi + CLK : xung đồng hồ + REF (+) : điện thế tham chiếu (+) + REF (-) : điện thế tham chiếu (-) + VCC : nguồn cung cấp - Các đặc điểm của ADC 0809: + Độ phân giải 8 bit + Tổng sai số chưa chỉnh đònh ± ½ LSB; ± 1 LSB + Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz + Nguồn cung cấp + 5V + Điện áp ngõ vào 0 – 5V + Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz + Nhiệt độ hoạt động - 40 o C đến 85 o C + Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng + Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang - Nguyên lý hoạt động: ADC 0809 có 8 ngõ vào tương tự, 8 ngõ ra 8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit. Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã. Chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự được thực hiện nhờ 3 chân ADD A , ADD B , ADD C như bảng trạng thái sau: A B C Ngõ vào được chọn 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 5 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 1 1 1 IN7 Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung start, ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh xuống của xung start). Lúc này bit có trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện áp có giá trò Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào Vin. + Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. + Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0. Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trò Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác đònh được bit cuối cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra chân OE xuống mức 0, nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi. Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên. )()( )( ).(256 −+ − − − = refref refIN VV VV N Trong đó: Vin : điện áp ngõ vào hệ so sánh. Vref(+) : điện áp tại chân REF(+). Vref(-) : điện áp tại chân REF(-). Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256. )( + ref in V V Vref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256. Giá trò bước nhỏ nhất: 1 LSB = 12 5 8 − = 0,0196 V/byte Vậy với 256 bước điện áp vào lớn nhất của ADC0809 là Vin = 5V. - Mạch tạo xung clock cho ADC 0809: Sử dụng mạch dao động dùng các cổng NOT để tạo dao động cho ADC như sau: 6 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Tần số dao động của mạch là f = RC3 1 Tần số dao động chuẩn là 600 kHz Suy ra 640 = RC3 1 Với R từ 100Ω đến vài kΩ. Ta chọn R =1 kΩ ⇒ C = 500 pF. c.Bộ vi điều khiển Hệ thống sử dụng bộ vi điều khiển AT89C51 có các đặc điểm sau : + 4 kbyte ROM, 128 bit RAM. + 4 port vào ra 8 bit. + 2 bộ đònh thời 16 bit. + 1 port nối tiếp. + 64 KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng. + 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng. - Sơ đồ khối bộ vi điều khiển AT89C51 7 V cc 500 pF 10K IK IK Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 8 TXD RXD P 0 P 1 P 2 P 3 EA\ RST PSEN ALE Các thanh ghi RAM / ROM Điều khiển ngắt Điều khiển Bus CPU Port nối tiếp Các port I/O Tạo dao động Đếm / Định thời XTAL Ngắt ngoài Timer Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 - Sơ đồ chân bộ vi điều khiển AT89C51 - Chức năng các chân: + Port0: là port đa hợp từ chân 32 đến 39. Nếu không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường vào ra. Đối với các thiết kế sử dụng bộ nhớ mở rộng nó còn được sử dụng làm các đường đòa chỉ. + Port1: là một port vào ra từ chân 1 đến 8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2 …P1.8 có thể dùng cho các thiết bò ngoài nếu cần. Port1 chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bò ngoài. + Port2: là một port có công dụng kép từ chân 21 đến 28, được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus đòa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. + Port3: từ chân 10 đến 17. Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của AT89C51 như ở bảng sau : 9 AT89C51 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P1.0 1 P1.1 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 P1.7 8 P0.0 39 P0.1 38 P0.2 37 P0.3 36 P0.4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 P3.7 17 P3.6 16 PSEN 29 ALE/P 30 P3.1 11 P3.0 10 VCC 40 VSS 20 Sơ đồ chân AT89C51 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INTO INT1 T0 T1 WR RD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp Dữ liệu phát cho port nối tiếp Ngắt 0 bên ngoài Ngắt 1 bên ngoài Ngõ vào của timer/counter 0 Ngõ vào của timer/counter 1 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài + PSEN (Program Store Enable): AT89C51 có 4 tín hiệu điều khiển. PSEN là tín hiệu ra trên chân 29, nó là tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhò phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của AT89C51 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao). + ALE (Address Latch Enable): tín hiệu ra ALE trên chân 30. AT89C51dùng ALE để giải các bus đòa chỉ và dữ liệu đa hợp. Khi port 0 vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của đòa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt đòa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của bộ nhớ. + EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, AT89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng đòa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng. Nếu EA được nối mức thấp, bộ nhớ bên trong chương trình AT89C51 sẽ bò cấm và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng. Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong AT89C51. 10 [...]... ngõ vào bộ dao động trên chip: Như đã thấy trong các hình trên, AT89C51 có một bộ dao động trên chip Nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19 Tần số thạch anh thông thường là 12MHz 11 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 + Các chân nguồn: AT89C51 vận hành với nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND) được nối vào chân 20 d.Cấu trúc của động... bằng thực nghiệm ta xác định được cặp các giá trị R1, R2 tương ứng với E1, E2 , từ đó ta xác định được các hệ số a,b ta có: E1 = b - a.R1 E2 = b – a.R2 từ đó suy ra: E1 − E2 R2 − R1 E R − E2 R1 b= 1 2 R2 − R1 a= với E1= 1000, đo được R1=1800Ω E2=500, đo được R2=27090Ω ⇒ a=0,55 ; b=2000 thay biểu thức (2.3) vào (2.4) ta tìm được biểu thức liên hệ giữa tín hiệu sau bộ A/D và độ sáng là: E = b + aRm −... Ura=Vcc.Rm/ (RCdS+Rm) suy ra (3.1) Rm ( Vcc − U ra ) U ra Rcds = mặt khác ta có quan hệ giữa Ura và Uso là: U ra = U so Vcc 255 (3.2) (với Uso là điện áp sau khi chuyển đổi A/D) A/D Ura Uso thay vào biểu thức trên ta được 255 Rm − Rm U so Rcds = (3.3) E E1 E2 Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của điện trở CDS vào độ sáng coi gần đúng sự phụ thuộc trên là tuyến tính, ta có: R R R 1 2 15 cds Website: http://www.docs.vn...Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 + RST (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của AT89C51 Khi tín hiệu này được đưa lên mứùc cao trong ít nhất 2 chu kỳ, các thanh ghi trong AT89C51 sẽ được thiết lập về những giá trò thích hợp để khởi động hệ thống RST có thể được kích khi cấp điện dùng một mạch R-C Sơ đồ mạch Reset được sử dụng +5V +5V 100... ta tìm được biểu thức liên hệ giữa tín hiệu sau bộ A/D và độ sáng là: E = b + aRm − a 255 Rm U so (3.5) chọn Rm = 10KΩ 3.Sơ đồ mạch in Sơ đồ lớp trên và lớp dưới 16 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 Sơ đồ mạch in tổng qt 17 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 IV Lưu đồ thuật tốn Begin Khëi t¹o KiĨm tra cã ng¾t nèi tiÕp kh«ng ?
