Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung quyển báo cáo nhóm trình bầy theo ba chương như sau: Chương I: Cơ sở lý thuyết và các linh kiện sử dụng trong mạch. Chương II: Thiết kế phần cứng, các khối, chức năng và hoạt động. Chương III: Thiết kế phần mềm. Chúng em xin bày tỏ sự cảm ơn đến thầy TS.Nguyễn Ngọc Minh đã nhiệt tình giúp trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Khoa Kỹ Thuật Điện Tử - oOo - BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Đề tài: MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẬT TẮT ĐIỀU HÒA Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Ngọc Minh Họ tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Anh Nguyễn An Ninh Nguyễn Trọng Quân Lớp: D09XLTH1 Hà Nội, ngày 14 tháng năm 2013 MỤC LỤC CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH LỜI MỞ ĐẦU Trong xu hội tụ công nghệ nay, hệ thống nhúng ngày có mặt nhiều ứng dụng phục vụ đa lĩnh vực như: điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin, tự động hóa điều khiển, quan trắc khí tượng, đo lường cảm biến Đó hệ thống có khả tự trị tích hợp phần cứng phần mềm để phục vụ toán chuyên dụng Hệ thống nhúng đa dạng, chúng đơn giản với vi điều khiển vài giao diện vào ra, phức tạp với nhiều đơn vị khác Đặc điểm phải hoạt động ổn định có khả tự động hóa cao Trong đồ án môn học nhóm sinh viên thực đề tài thiết kế “ Điều khiển bật tắt điều hòa”, ứng dụng hệ thống Nội dung báo cáo nhóm trình bầy theo ba chương sau: Chương I: Cơ sở lý thuyết linh kiện sử dụng mạch Chương II: Thiết kế phần cứng, khối, chức hoạt động Chương III: Thiết kế phần mềm Chúng em xin bày tỏ cảm ơn đến thầy TS.Nguyễn Ngọc Minh nhiệt tình giúp suốt trình thực đồ án CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Mở đầu Mạch điều khiển bật tắt điều hòa thiết kế để tự động làm việc nhiệt độ phòng tăng lên cao tự tắt nhiệt độ xuống thấp Ngoài ra, hẹn để lên lịch làm việc cho hệ thống Với tính tự động hóa, mạch điều khiển bật tắt điều hòa có khả tích hợp vào việc thiết kế hệ thống tự động thông minh Trong chương tìm hiểu phương thức hoạt động I2C linh kiện hoạt động mạch 1.2 Họ vi điều khiển 8051 Chip 89C51 1.2.1 Họ vi điều khiển 8051 Vi điều khiển 8051 lần Intel giới thiệu vào năm 1981 Đây vi điều khiển bit với 128 byte RAM 4Kb ROM, cổng nối tiếp cổng bit vi mạch đơn lẻ Dòng vi điều khiển trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác chế tạo vi điều khiển tương thích với 8051 Đến vi điều khiển 8051 bao gồm họ vi điều khiển kí hiệu từ 8031 đến 8751 sản xuất công nghệ NMOS CMOS với nhiều kiểu đóng gói khác Bộ vi điều khiển 8051 thành viên họ 8051 Hãng intel ký hiệu MCS51: Đặc tính Số lượng 4K byte 128 byte 32 ROM chíp RAM Bộ định thời Các chân vào Các cổng nối tiếp Nguồn ngắt SƠ ĐỒ KHỐI CHUNG CỦA HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Hình1.1 Sơ đồ khối chung họVĐK8051 • • • • • • • • • • Interupt control: Điều khiển ngắt Other registers: Các ghi khác 128 byte ram: Ram 128 byte Timer 2, 1, 0: Bộ định thời 2, 1, CPU: Đơn vị điều khiển trung tâm Oscillator: Mạch dao động Bus control: Bus điều khiển I/O port: Cổng vào Serial port: Cổng nối tiếp Address/data: Địa liệu 1.2.2 Cấu trúc vi điều khiển 89C51 Hình 1.2 Sơ đồ chân VĐK 89C51 Chức chân vi điều khiển 89C51: Chân VCC: Chân số 40 VCC cấp điện áp nguồn cho vi điều khiển Nguồn điện áp cấp ±0.5 V Chân GND: Chân số 20 nối GND (hay nối Mass) Khi thiết kế cần sử dụng mạch ổn áp để bảo vệ cho vi điều khiển Port (P0) : Port gồm chân (từ chân 32 đến 39 ) có hai chức năng: • Chức xuất/nhập: chân dùng để nhận tín hiệu từ bên vào để xử lí, dùng để xuất tín hiệu bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt • Chức bus liệu bus địa (AD7-AD0) : chân (hoặc Port 0) làm nhiệm vụ lấy liệu từ ROM RAM ngoại (nếu có kết nối với nhớ ngoài), đồng thời Port dùng để định địa nhớ Port (P1): Port P1 gồm chân (từ chân đến chân 8), có chức làm đường xuất/nhập , chức khác Port (P2): Port gồm chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng: • Chức xuất/nhập • Chức bus địa cao (A8-A15): kết nối với nhớ có dung lượng lớn,cần byte để định địa nhớ, byte thấp P0 đảm nhận, byte cao P2 đảm nhận Port (P3): Port gồm chân ( từ chân 10 đến 17), Có chức năng, thứ chức xuất/ nhập, với chân có chức riêng thứ hai bảng sau Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 P1.0 P1.1 Tên RxD TxD INT0 INT1 T0 T1 WR RD T2 T2X Chức Ngõ vào nhận liệu nối tiếp Ngõ xuất liệu nối tiếp Ngõ vào ngắt cứng Ngõ vào ngắt cứng Ngõ vào Timer/Counter Ngõ vào Timer/Counter Ngõ điều khiển ghi liệu lên nhớ Ngõ điều khiển đọc liệu từ nhớ bên Ngõ vào Timer/Counter Ngõ Nạp lại/thu nhận Timer/Counter Chân RESET ( RST): Ngõ vào RST chân ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống thiết lập lại giá trị ban đầu ngõ mức tối thiểu chu kì máy Chân XTAL1 XTAL2: Hai chân có vị trí chân 18 19 sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên để hoạt động, thường ghép nối với thạch anh tụ để tạo nguồn xung clock ổn định Chân cho phép nhớ chương trình PSEN: PSEN ( program store enable) tín hiệu xuất chân 29 dùng để truy xuất nhớ chương trình Chân thường nối với chân OE (output enable ) ROM Khi vi điều khiển làm việc với nhớ chương trình ngoài, chân phát tín hiệu kích hoạt mức thấp kích hoạt lần chu kì máy Khi thực thi chương trình ROM nội, chân trì mức logic khô Ghi chú: Không cần kết nối chân không sử dụng đến Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30) : Khi Vi điều khiển truy xuất nhớ từ bên ngoài, port vừa có chức bus địa chỉ, vừa có chức bus liệu phải tách đường liệu địa Tín hiệu chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp đường địa đường liệu kết nối chúng với IC chốt Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, dùng tín hiệu ngõ ALE làm xung clock cung cấp cho thành phần khác hệ thống Ghi chú: Khi không sử dụng bỏ trống chân Chân EA: Chân EA dùng để xác định chương trình thực lấy từ ROM nội hay ROM ngoại • Khi EA nối với logic 1(+5V) Vi điều khiển thực chương trình lấy từ nhớ nội • Khi EA nối với logic 0(0V) Vi điều khiển thực chương trình lấy từ nhớ ngoại 1.3 IC ADC0804 Hình 1.3 Hình ảnh thực tế ACD0804 Hình 1.4 Sơ đồ chân ADC0804 Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 hãng National Semiconductor Chip nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi tham số quan trọng đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN không bé 110µs Các chân khác ADC0804 có chức sau: • CS (Chip select): Chân số1, chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập tới ADC0804 chân phải đặt mức thấp • RD (Read): Chân số 2, chân nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp Các chuyển đổi 0804 chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi Chân RD sử dụng phép đưa liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số8 bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) • WR (Write): Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng báo cho ADC biết để bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp • CLK IN CLK R: CLK IN (chân số4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số19) nối với tụ điện điện trở • Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu • Vin (+) Vin (-): Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số • Vcc: Chân số 20, chân nguồn nuôi +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở 10 Hình 2.6 Khối vi điều khiển Vi điều khiển AT89C51 cấp thạch anh 12Mhz Port0 dùng làm đầu vào số 8bit, nhận giá trị số chuyển đổi từ ADC0804 Port1 dùng để giao tiếp với phím bấm làm đầu tín hiệu điều khiển Port2 dùng để nối với chân điều khiển cho ADC0804, DS1307 LCD16x2 Port3 dùng làm cổng giao tiếp 8bit với LCD16x2 21 2.3.5 Mạch nguyên lý Hình 2.7 Sơ đồ mạch nguyên lý 22 2.3.6 Sơ đồ mạch in Thiết kế với phần mềm proteus: Hình 2.8 Sơ đồ mạch in 23 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Lưu đồ thuật toán Mạch gồm mode hoạt động: Nhiệt độ thời gian liên tục cập nhật so sánh với điều kiện ngưỡng: - Time=time_on => out=1; Time=time_off => out=0; - Nhiệt độ>t_max => out=1; Nhiệt độ out=0; 24 3.2 Code chương trình Code cho 89C51 viết biên dịch KeilC51 #include #include #include #define WR P2_0 #define INTR P2_1 #define RD P2_2 #define ADCvalue P0 // Dinh nghia cac chan #define k_mode P1_0 #define k_time P1_1 #define k_giam P1_2 #define k_tang P1_3 #define k_on_off P1_4 #define out P1_5 #define scl P2_3 #define sda P2_4 unsigned char mode,nhietdo,tmin,tmax; // Khai bao cac bien dung ct unsigned char cnt=0; bit bat,anphim,update; bit nhapnhay=1; bit kt=1; bit controphutgio=0; bit doigio=0; unsigned char *dec[]={"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9"}; unsigned char giatri_rtc[13]; // Mang luu 13 gia tri can ghi vao rtc // Bao gom gia tri thoi gian (giay, phut, thang, nam); gia tri ghi dieu khien; // gia tri o ram dau tien de luu trang thai co cai day (Flag); // o ram tiep theo de luu phut+gio bat, phut+gio tat void delay_ms(unsigned int ms) // Ham tao tre ms { unsigned int i,j; for(i=0;i[...]... thống Mạch thiết kế bao gồm 5 khối chức năng chính: • Khối giao tiếp phím bấm bao gồm 5 phím: chọn mode, tăng, giảm, time • • • • • và bật tắt Khối cảm biến nhiệt sử dụng cảm biến nhiệt LM35 và ADC0809 Khối thời gian thực sử dụng IC thời gian thực DS1307 và phim CMOS Khối xử lý trung tâm sử dụng IC 89C51 Khối hiển thị là LCD 16x2 hiển thị nhiệt độ và thời gian Khối điều khiển bật tắt, đầu ra được điều khiển. .. tiếp với phím bấm và làm đầu ra tín hiệu điều khiển Port2 được dùng để nối với các chân điều khiển cho ADC0804, DS1307 và LCD16x2 Port3 được dùng làm cổng giao tiếp 8bit với LCD16x2 21 2.3.5 Mạch nguyên lý Hình 2.7 Sơ đồ mạch nguyên lý 22 2.3.6 Sơ đồ mạch in Thiết kế với phần mềm proteus: Hình 2.8 Sơ đồ mạch in 23 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Lưu đồ thuật toán Mạch gồm 5 mode hoạt động: Nhiệt độ và... xử lý 2.3.3 Khối phím bấm và RCT Hình 2.5 Khối phím bấm và RCT 5 nút bấm điều khiển các mode và cài đặt thời gian cho DS1307 Khi bấm nút sẽ có sự chuyển đổi từ mức 1 xuống 0 ở chân của 89C51 DS1307 được nối với 1 pin CMOS 3V để có thể hoạt động khi hệ thống mất điện 2.3.4 Khối vi điều khiển 20 Hình 2.6 Khối vi điều khiển Vi điều khiển AT89C51 được cấp thạch anh 12Mhz Port0 dùng làm đầu vào số 8bit, nhận... ghi điều khiển xung ngõ ra SQW /OUT (chân 6 ) Hình 1.8 Cấu trúc và địa chỉ các thanh ghi trong DS1307 1.6 LCD 16x2 Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2: Hình 1.9 LCD 16x2 LCD đã được tích hợp chip điều khiển HD44780 bên trong lớp vỏ chỉ đưa ra các chân giao tiếp cần thiết và được đánh số như hình Chức năng của các chân: • Chân 1: Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều. .. được đánh số như hình Chức năng của các chân: • Chân 1: Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển 15 • Chân 2: VDD chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với nguồn 5V của mạch điều khiển • Chân 3: VEE điều chỉnh độ tương phản của LCD • Chân 4: RS chân chọn thanh ghi, nối chân RS với mức logic 0 (GND) hoặc 1 (VCC) để chọn thanh ghi Logic... điều khiển Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được) • SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của xung được tạo có thể được lập trình • SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch dao động, mạch điều. .. bit MSB là DB7 • Chân 15: Nối với dương nguồn cho đèn nền • Chân 16: Nối với âm nguồn cho đèn nền 1.7 IC ổn áp LM 7805 Trong mạch sử dụng vi điều khiển họ 8051 chúng ta phải sử dụng nguồn điện áp chuẩn 5V, để mạch hoạt động ổn định thì điện áp cung cấp phải ổn định, do vậy trong mạch chúng ta sử dụng IC ổn áp LM7805 16 Hình 1.10 IC ổn áp LM7805 LM7805 có 3 chân tín hiệu: • Chân 1: Chân input, điện áp... khiển bật tắt, đầu ra được điều khiển bật tắt bằng rơle Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống 18 2.2 Lưu đồ thiết kế Hình 2.2 Lưu đồ thiết kế 2.3 Các khối chức năng 2.3.1 Khối nguồn nuôi Hình 2.3 Khối nguồn nuôi Nguồn vào 220V xoay chiều qua biến áp xuống 9V xoay chiều, qua cầu Diode nắn thành một chiều Các tụ lọc và IC ổn áp 7805 ổn áp thành dòng 5V một chiều cấp nguồn cho mạch hoạt động 2.3.2 Khối cảm biến nhiệt... Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân 13 Hình 1.7 Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân DS1307 Chân và chức năng: • X1 và X2: là 2 ngõ kết... khi chân CS = 0 và chân 1.4 RD đưa xuống mức thấp Tổng quan về I2C Giao thức truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductor và được gọi là bus I2C Vì nguồn gốc nó được thiết kế là để điều khiển liên thông IC (Inter-Intergrated Circuit) nên nó được đặt tên là I2C Tất cả các chip có tích hợp và tương thích với I2C đều có thêm một giao diện tích hợp trên Chip để truyền thông trực tiếp với ... hóa, mạch điều khiển bật tắt điều hòa có khả tích hợp vào việc thiết kế hệ thống tự động thông minh Trong chương tìm hiểu phương thức hoạt động I2C linh kiện hoạt động mạch 1.2 Họ vi điều khiển. .. LÝ THUYẾT VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Mở đầu Mạch điều khiển bật tắt điều hòa thiết kế để tự động làm việc nhiệt độ phòng tăng lên cao tự tắt nhiệt độ xuống thấp Ngoài ra, hẹn để... 1.2.1 Họ vi điều khiển 8051 Vi điều khiển 8051 lần Intel giới thiệu vào năm 1981 Đây vi điều khiển bit với 128 byte RAM 4Kb ROM, cổng nối tiếp cổng bit vi mạch đơn lẻ Dòng vi điều khiển trở nên