Mục lục Nhận xét của giáo viên hớng dẫn 1 Mục luc 3 Phần I: Giới thiệu đề tài 1. Đặt vấn đề 4 2. Mục đích thực hiện đề tài 4 3. Phơng hớng giaỉ quyết 5 Phần II: Nội dung 6 1.Cơ sở lý thuyết chung 6 2.Quy trình thiết kế bài toán thực tế 8 Phần III:Ưu nhợc điểm,ứng dụng và hớng phát triển 26 Phần i: giới thiệu đề tài 1.Đặt Vấn Đề: Ngày nay với sự phát triển của nghành vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần đợc tự động hóa, Với những kỹ thuật tiến tiến nh vi xử lý, vi mạch số đợc ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ , với tốc độ xử lú chậm chạm ít chính xác đợc thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chơng trình đã đợc thiết lập trớc. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay . vệc đo và khống chế nhiệt tự động là một yêu cầu ht sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt đợc yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phơng pháp để nghiên cứu khỏa sát vi điều khiênt 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng : ứng dụng vi điều khiênt 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phơng pháp tối u nhất. Vì vậy nhóm chúng em tiến hành thực hiện việc khảo sát và ứng dụng vi điều khiển vào mạch đo và khống chế nhiệt độ. 2.Mục đích thực hiện đề tài: Nếu nh những kiến thức ký thuyết là điều kiện cần thì thực hành lắp ráp mạch thật là điều kiện đủ. Nó đem lại rất nhiều lợi ích cho chúng em: -Chúng em có thẻ đa những kiến thức lý thuyết khô khan vào thực tế để có thể đánh giá một cách khách quan cơ sở lý thuyết. -Từ những gì chúng ta đã làm đợc t đó rút ra những kinh nghiệm cho quá trình làm lần sau và xa hơn là các quá trình sản xuất công nghiệp sau này. -Để làm đợc một mạch thật hoàn chỉnh chúng em phảI trảI qua rất nhiều khâu. Qua đây chúng em có một cách nhìn tổng quát cho một dây chuyền sản xuất các ứng dụng của ngành điện tử. Chính những lợi ích đó cũng là những mục đích mà nhóm sinh viên chúng em mong muốn đặt đợc. 2 3.Ph ơng H ớng Giải Quyết: Để thực hiện đợc các chức năng trên hệ thống đợc chia thành hai phần là cứng và phần mềm với các giải pháp giải quyết nh sau: a)Giải pháp phần cứng: Phần cứng đợc xây dựng trên cơ sở giao tiếp với máy tính qua cổng COM nên tốc độ truyền dữ liệu cũng rất cao. Tuy nhiên, có một khó khăn duy nhất khi giao tiếp với máy tính là mức logic ở bộ vi điều khiển và ở cổng COM của máy tính khác nhau. Để khắc phục điều nay chúng ta sử dụng vi mạch MAX232 nhằm chuyển đổi mức điện áp giữa hai chuẩn. Do vậy chức năng chính của phần cứng bao gồm các khối sau: -Bộ phận lấy tín hiệu cần khảo sát đó là nhiệt độ môi trờng thông qua cảm biến LM35. -Bộ phận chuyển đối tơng tự sang số, đa vào vi xử lý. -Bộ phận xử lý tín hiệu số và xuất ra cổng nối tiếp. -Bộ phận truyền thông với máy tính. -Ngoài ra còn có một khối điều khiển và hiển thị nh Nút Nhấn và LED. b).Giải Pháp Phần Mềm: Phần mềm đo và điều khiển nhiệt độ hiển thị bằng tiện ích của Windows dựa trên phần cứng hệ thống và cấu trúc máy tính. Chơng trình phần mềm thực hiện giao tiếp với ngời dùng và giao tiếp với phần cứng 3 Phần II. Nội dung I.Cơ sở lý thuyết chung : Để thực hiện phép đo của một đại lợng đại lợng nào đó thì tùy thuộc vào dặc tính của đại lợng cần đo, điều kiện đo cũng nh độ chính xác theo yêu cầu cơ sỏ của hệ thống đo lờng khác nhau . 1.Sơ đồ của một hệ thống đo lờng tổng quát 1. 1 Cm bin nhit: Dựng o nhit 1.2.Khối chuyển đổi: Làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lợng vất lý đặc trng cần đo và biến đổi thành các đại lợng vật lý thống nhất (dòng điện hay điện áp) để tính toán cho thuận lợi. 1. 3.Vi iu khin : có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận đợc từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với các yêu cầu cụ thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị. 1.4.Khối hiển thị: Nhn tớn hiu t vdk va hin th kt qu o 2.Hệ thống đo l ờng số: Đối tợng cần đo là các đại lợng vật lý dựa vào các đặc tính của đối tợng cần đo mà ta chọn loại cảm biến cho phù hợp để biến đổi thông số đại lợng vật lý cần đo thành đại lợng điện, sau đó đa vào các mạch chế biến tín hiệu ( gồm: cảm biến, hệ thống khuêch đại, xử lý tín hiệu) Khối chuyển đổi A/D Vi iu khin Hiển thị Cm bin nhit 4 Bộ chuyển đồi sang số ADC làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tợng tự sang số và kết nối với vi x lý. Bộ vi xử lý có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và xuất ra những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành đã thực hiện trớc đó. Bộ dồn kênh tơng tự và bộ chuyển ADC đợc dùng chung cho tất cả các kênh. Dữ liệu nhập vào bọ vi sử lý sẽ có tín hiệu chọn đúng của nó qua quá trình tính toán để só kết quả của đại lợng cần đo. 3.Các ph ơng pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ là phơng thức đo lờng điện, đo nhiệt độ đợc chia thành nhiều dải: +Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ trung bình + Đo nhiệt độ cao Việc đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh: + Cặp nhiệt điện + Nhiệt kế điện ké lim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh Việc sử dụng cảm biến IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độl là một phơng pháp thông dụng đợc nhóm trong bài này, nên ở đây chỉ giới thiệu về IC cảm biến nhiệt độ. 3.1. Nguyên lý hoạt động của IC cảm biến nhiệt độ : IC đo nhiệt là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển tín hiệu điện dới dạng dòng điện hay điện áp. Dah vào đặc tính rất nhạy cảm của các bán dẫn với nhiệt độ , tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối . Đo tín hiệu điện ta biết đợc giá trị của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong các chất bán dẫn . Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu 5 trúc mạng tinh thể tạo ra sự xuất hiện các lỗ trống. Làm cho tỷ leej điện tử tự do va lỗ trống tăng lên theo qui luật hàm mũ với nhiệt độ. II.Quy trình thiết kế bài toán thực tế 1 .Phân tích bài toán : Bài toán đặt ra là thiết kế mạch đo và khống chế nhiệt độ . Để thực hiện đợc điều này thì hệ thống phảI đảm bảo các yêu cầu sau: -Số lợng đầu vào/ra số: -Số đàu vào/ ra tợng tự: -Số lợng bộ đếm /định thời: -Dung lợng bộ nhớ chơng trình: -Bộ nhớ dữ liệu cần thiết : -Giao tiếp với máy tính do đó phải sử dụng truyền thông RS232 2. các khối chức năng : Cảm biến nhiệt dộ : dùng để đo nhiệt độ hiện tại trong lò nhiệt. Khối biến đổi A/D: có nhiệm vụ số hóa tín hiệu của cảm biến nhiệt để da vào bộ vi điều khiển là nơi cài đặt thuật toán điều khiển và khống chế nhiệt độ. Khối vi điều khiển (MCU): có nhiệm vụ thực hiện các chức năng mã hóa hợp thành và giải mã. 3.Nhiệm vụ của từng khối: 3.1. Cảm biến nhiệt: Với nhiệt độ khống chế từ 30 độ đến 130 độ, ta chon sử dụng cảm biến nhiệt dộ bán dẫn thông dụng là vi mạch LM35 của hãng National Semiconductor. Vi mạch cảm biến nhiệt LM35có đặc điểm sau: - chuẩn hóa theo thang đo nhiệt độ Cesius; - đầu ra tuyến tính 10mV/C; - Dải điện áp làm việc t 4V đến 30V; 6 - Dòng tiêu thụ nhỏ cỡ 60 microampe, nên nhiệt tự tỏa rất nhỏ hầu nh không ảnh hởng đến kết quả đo. Sai số nhỏ, chỉ khoảng 0.5 độ C. Sơ đò mạch cảm biến đợc cho hình dới. Sơ đò cảm biến nhiệt độ LM35. 7 3.2. Mạch biến đổi A/D: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp tơng tự t cảm biến nhiệt thành tín hiệu số để gửi đến vi điều khiển. Để lựa chọn sử dụng các vi mạch A/D ngời ta thờng căn cứ vào 2 thông số chính là : - Độ phân giải hay số bít đầu ra, số bít ra của ADC quyết định đến độ chính xác của pháp biến đổi, số bít càng lớn càng lớn sai số lợng tử càng nhỏ. - Tốc độ biến đổi đợc tính bằng số mẫu hoàn thành trong một giây( samples/s), nó tỉ lệ nghịch với thời gian hon thiện việc biến đỏi một mẫu. - Trong ứng dụng điều khin nhiệt độ, nhiệt độ là một đại lợng biến đổi chậm nên ta chọn vi mạch biến đổi A/D thông dụng trên thị trờng là ADC0804. ADC0804 là bộ A/d 8 bít đủ đáp ứng đợc yêu cầu về độ chính xác đặt ra. ADC0804 có các đặc điểm sau: - Đầu ra đợc đếm bằng các cổng 3 trạng thái nên có thể ghép trực tiếp vào bus dữ liệu mà không cần mạch đệ dữ kiệu ở ben ngoài ; - Thời gian biến đổi cõ 100 micro/mẫu; - Không cần hiệu hcinhr điểm 0; - Khi điện áp nguồn nuôi là 5V thì tín hiệu đàu vào cực đại là 5V; - tất cả các tín hiệu đều tơng thích mứcTTL; - Dòng tiêu thụ nhỏ, cỡ 1.9ma. 8 Hình dois mô tả mạch A/D ứng dụng vi mạch ADC0804 để đo nhiệt độ từ LM35. Sơ đồ mạch biến đổi A/D Mạch này gồm hai phần chính : -phần tơng tự : Với dải nhiệt độ từ 0 độ đên 128 độ thì điện áp ra của LM35laf từ 0 đến 1.28V, điện áp này đợc đa đến lối vào IN+, cong lối vào IN- đợc nối đất . Với điện áp vào cực đại là 1.28V thì điện áp chuẩn Vref đợc đặt là 0.64V, việc điều chinht Vref đợc thực hiện bởi biến trở vi chỉnh VR. Khi đó nếu nhiệt dộ là 0 độ C thì điện áp IN+ là 0V, đầu ra Dout là 00000000, vi điều khiển nhận đợc giá trị là 0; Khi nhiệt độ là 128 độ C thì điện áp IN+là 1.28V, đầu ra Dout là 11111111, vi điều khiển nhạn đợc giá trị tơng ứng là 255. -Phần giao tiếp với vi điều khiển: Để thực hiện giao tiếp với vi điềukhiển cần các tín hiệu sau : 9 +Tín hiệu chọn vi mạch biến đổi tơng tự số CS_ADC, tích cực thấp., đợc da từ mạch giả mã địa chỉ tới. Khi CS_ADC=0 thì ADC0804 đợc chọn, chuẩn bị cho việc đọc só liệu từ ADC . + Tín hiệu ra lệnh cho ADC0804 bắt đầu biến dổi WR_ADC, tích cực mức thấp , đợc điều khiển trực tiếp bởi vi điều khieenr, khi WR_ADC chuyển từ 1 xuống 0 thì ADC bắt đầu quá trình biến dổi. + Tín hiệu báo kết thúc biến đổi ADC_OK , tích cực thấp , đợc nối với chân INTR(interrup) của ADC0804, mỗi khi ADC0804 hoàn thành việc biến đổi cho một mẫu nó báo hiệu cho bên ngoài bằng một mức logics 0 ở chân này . Tín hiêu này đợc gửi tới vi điều khiển để váo cho vi điều khiển biết ADC đã biến đổi song ; để không phải hỏi vòng thì tín hiệu này đợc đa tới một đầu vào ngắt ngoài của vi điều khiển , mỗi khi ADC biến đổi xong sẽ gây ra một ngắt vi điều khiển , vi điều khiển sẽ chuyển sang chơng trình con phục vụ ngắt để đọc số liệu từ ADC. + Tín hiệu đọc số liệu RD_ADC, tích cực thấp , sau khi nhận biết ADC đã biến đổi xong bởi mức logics 0 ở ADC_OK, vi điều khiển thực hiện việc lấy số liệu bằng cach chuyển tín hiệu RD_ADC cuống mức thấp, tín hiệu này đợc nối với chân RD của ADC, lúc này các cổng đem 3 trạng thái ở đầu ra Dout của ADC0804 mở , kết quả biến đổi đợc đa kên bus dữ liệu . 10 [...]... sánh điện áp ở các mức logics giữa RS232C và TTl Đối tợng Mức logic Mức điện áp tơng ứng Cổng COM (Mức RS232) 1 -12 V đến -3V 0 +3V đến +12V Vi điều khiển (Mức TTl) 1 +5V 0 0V Khắc phục điều này, chúng ta sử dụng vi mạch MAX232 để chuênr đổi mức điện áp giữa hai chuẩn Vi mạch này có chứa hai bộ chuyển mức gia vi điều khiển với máy tính qua cổng RS232 sử dụng vi mạch đổi mức MAX232 Hình vẽ(Truyền thông... cho INT0 Vi điều khiển là nơi thực hiện thuật toán điều khiển , bao gồm các chức năng :mã hóa, hợp thành, giã Ngoài ra để có thể giao tiếp đợc với ngời sử dụng thì ta cần phải bổ sung: -Hẹ thống phím bấm chức năng để ngời sử dụng só thể đặ nhiệt độ trực tiêp -Cổng giao tiep với PC, để từ PC ngơi sử dụng có thể giám sát hoat dộng của hệ thống Sơ đồ khối của vi điều khiển Trong khối điều khiển chúng... Trong khối điều khiển chúng tôi sử dụng các linh kiện sau : +Vi điều khiển 89S52 17 +Vi mạch MAX 232 làm nhiệm vụ ghép nối vi điều khiển với PC qua cỏng RS232 3.3Truyền thông với máy tính qua cổng nối tiếp: Bộ vi diều khiển AT89S52 có khả năng giao tiếp với thế giới bên ngoài qua cổng nối tiếp Vấn đề này duy nhất khi giao tiếp với máy tínhlaf mức logics ở bộ vi điều khiển và cổng COM của máy tính khác với... vậy thức chất của vi c truyền thông qua cổng nối tiếp thực là vi c truyền mã ASCII của ký tự Trong chơng lập trình cho vi điều khiển để gửi cho máy các ký tự từ 0 đến 9 ta phảI truyền mã ASCII của chúng lầ lợt từ 0x30 đến 0x39 Để kiểm tra xem máy tính có nhận đợc các ký tự này hay không, ta phảI cho máy tính thi hành chơng trình nhận số liêu qua cổng nối tiếp Chơng trình này có thể vi t bằng ngôn ngx... nối, chọn cổng nối tiếp và thiết lập các tông số cho cổng nối tiếp Lu ý rằng các thông số này phải gống các thông số đã thiết lập chho cổng nối tiêp của vi điều khiển 20 Chn túc truyn nh ó t trc: 9600 Cuối cùng ta có ca s hin th nh hình dới đây: Tại dấu nhắc con trỏ sẽ hiển thị các ký tự nhận từ cổng nối tiếp Tùy các chơng trình cụ thể mà màn hình hiển thị các thông số tơng ứng 21 MCH NGUYấN Lí: 22... timer/countet 1, khi =1 bỏo hiu rng timer/counter 1 ó m vt quỏ tr ln nht m nú cú th biu din (255 i vi ch 8bit v 65535 i vi ch 16bit) TR1: bit cho phộp timer/counter 1 hot ng m hoc dng TF0: C ngt ca timer/countet 0, khi =1 bỏo hiu rng timer/counter 0 ó m vt quỏ tr ln nht m nú cú th biu din (255 i vi ch 8bit v 65535 i vi ch 16bit) TR0: bit cho phộp timer/counter 0 hot ng m hoc dng IE1: C ngt ca ngt ngoi 1... tn s dao ng ca vi iu khin Tớn hiu ALE c dựng cho phộp vi mch cht bờn ngoi nh 7473 Chõn /EA (pin 31): Tớn hiu /EA cho phộp chn b nh chng trỡnh l b nh trong hay ngoi EA=1 thỡ thc hin chng trỡnh trong RAM ni EA=0 thc hin RAM ngoi RST( Reset: pin 9): Ngừ vo reset trờn chõn s 9 khi RST=1 thỡ b vi iu khin s c khi ng li thit lp ban u XTAL1, XTAL2 (pin 18, 19): Hai chõn ny c ni song song vi thch anh tn... kin Khi iu khin ngt vi 2 ngun ngt ngoi v 4 ngun ngt trong B lp trỡnh (ghi chng trỡnh lờn Flash ROM) cho phộp ngi s dng cú th np cỏc chng trỡnh cho chớp m khụng cn cỏc b np chuyờn dng 4 cng xut nhp song song 2 chiu 8- bit vi 32 chõn Port 0( P0.0=>P0.7) Port 0 gm 8 chõn, ngoi chc nng xut nhp, port 0 cũn l bus a hp d liu v a ch( AD0-AD7), chc nng ny s c s dng khi AT89S52 giao tip vi cỏc thit b ngoi cú...3.2 Khối vi điều khiển: IC AT89S52: So chõn : Cu to IC cú: CPU( CPU centra lprocessing unit): 8- bit data bus; 16- bit address bus; khụng gian a ch 64Kbyte Thanh ghi tớch ly A; Thanh ghi tớch ly ph B; n v logic hc... (pin 18, 19): Hai chõn ny c ni song song vi thch anh tn s max=33 Mhz to dao ng cho b vi iu khin Vcc,GND: cung cp ngun nuụi cho b vi iu khin cp qua chõn 20 v 40 Cng Vo Ra Ni Tip(Serial Port) Tng quan: 8051 cú 1 cng vo ra ni tip(UART) Tớn hiu liờn quan:RxD(P3.0, chõn s 10) va TxD(P3.1, chõn s 11) D liu i v v hon ton c lp vi nhau, do ú cú th truyn nhn ng thi, v cng ni tip cú c tớnh nh võyj c gi l song cụng(Full . cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phơng pháp để nghiên cứu khỏa sát vi điều khiênt 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng : ứng dụng vi điều khiênt 8051 vào vi c đo và khống chế nhiệt. đo và khống chế nhiệt độ tự động là phơng pháp tối u nhất. Vì vậy nhóm chúng em tiến hành thực hiện vi c khảo sát và ứng dụng vi điều khiển vào mạch đo và khống chế nhiệt độ. 2.Mục đích thực. dải: +Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ trung bình + Đo nhiệt độ cao Vi c đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh: + Cặp nhiệt điện + Nhiệt kế điện ké lim loại + Nhiệt điện