Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử MỤC LỤC TRANG DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………………………4 Lời nói đầu………………………………………………………………………………… CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ………………………….………………………… ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………… ……… … I 1.1 Lý chọn đề tài………………………… …………………………… .6 1.2 Mục đích yêu cầu đề tài…………… …………………………… ……6 1.3 Vấn đề cần giải quyết…………… …………………………………… ….6 1.3.1 Phương án thiết kế……………………………………………… 1.3.2 Giới hạn đề tài……………………………………………… II LÝ THUYẾT THIẾT KẾ …… ……….………………………………… …9 2.1 Các linh kiên dùng mạch………….…….……………….… ….9 2.1.1 Tổng quan vi điều khiển ATMEGA8………………….…… 2.1.2 Cấu trúc chung AVR………………………… ….…………10 2.1.2.1 Cấu trúc tổng quát …………………….…………… 10 2.1.2.2 ALU………………………………………………… 10 2.1.2.3 Thanh ghi trạng thái ………………………………… 10 2.1.2.4 Các ghi chức chung…………………… 11 2.1.2.5 Con trỏ ngăn xếp(sp)… …………………………… 12 2.1.3 Cấu trúc ngắt ATMEGA8………………… ……………………………13 2.1.3.1 Khái niệm ngắt………………………………………………………… 13 2.1.3.2 Trình phục vụ ngắt…………………………………………….……… 13 2.1.3.3 Bảng vector ngắt……………………………………………………… 13 2.1.3.4 Thứ tự ưu tiên ngắt………………………………………………… ….14 2.1.3.5 Ngắt ngắt………………………………………………………… 14 2.1.4 Cấu trúc nhớ………………………………….……… .17 2.1.4.1 Bộ nhớ chương trình( nhớ flash)…………………………………… 18 2.1.4.2 Bộ nhớ liệu SRAM………………………………………………… 18 2.1.4.3 Bộ nhớ liệu EEPROM……………………………………….……….18 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử 2.1.5 Các cổng vào ra( I/O)……………………………………………………… 21 2.1.5.1 Các chức Port B…………….…………….………………… 22 2.1.5.2 Các chức cảu Port C…………………….……… 23 2.1.5.3 Các chức Port D……………………………………………….24 2.1.5.4 Mô tả ghi Port I/O…………………………………………….25 2.1.6 Bộ định thời bit timer/counter 0…………………………………….…… 26 2.1.6.1 Hoạt động timer/ counter…………… …… ………………… 27 2.1.6.2 Đơn vị đếm………………………………………………………………29 2.1.6.3 Đơn vị so sánh ngõ ra……………………… ……….…………… … 30 2.1.6.4 Mô tả ghi……………………….…………………………… 30 2.1.7 Bộ so sánh tương tự( Alalog Comparator)…………… ………… 32 2.1.8 USART…………………………………………………… 34 2.1.8.1 Đặc điểm……………………………………………… ……………… 34 2.1.8.2 Tạo xung clock…………………………………… ……………………35 2.1.8.3 Định dạng khung truyền………………………… …………………… 35 2.1.8.4 Khởi tạo USART……………………………………………………… 36 2.1.8.5 Truyền thông liệu-bộ truyền USART……………………………… 37 2.1.9 Hệ thống xung clock……………………………………… 37 2.1.9.1 Bộ dao động thạch anh……………………….…… …… .38 2.1.9.2 Bộ dao động thạch anh có tần số thấp………………………………… 39 2.1.9.3 Bộ dao động R-C bên ngoài……………… …… ……… 40 2.1.10 Bộ biến đổi A/D ( Alalog/digital)…………… …………………………… 40 2.1.10.1 ADMUX…………………………………… ………………………40 2.1.10.2 ADCSR………………………………………………………………41 2.1.10.3 Nguyên tắc hoạt động lập trình điều khiển…….…………………41 2.2 Một số linh kiện khác mạch……………….…………………….42 2.2.1 Tổng quan vi mạch LM358………………………… ………………42 2.2.2 Khối hiển thị-led thanh……………………………………….…………45 2.2.3 IC LM7805……………………………………………………………… 47 2.2.4 Cấu tạo nguyên lý làm việc LED hồng ngoại…………………… 49 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử 2.2.5 LED phát ánh sáng nhìn thấy………………………………………… 50 2.2.6 Điện trở…………………………………………………………… 51 2.2.7 Biến trở…………………………………………… …………………… 51 2.2.8 Tụ điện……………………………………………………………… …52 2.3 Xây dựng sơ đồ khối tổng quát……………………………………………… 54 CHƢƠNG II: THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ CHƢƠNG TRÌNH………………… 55 I Thiết kế thi công phần cứng…………………………………………… .55 1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý…………………………………………………… 55 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chính………….……………….………… 55 1.1.1.1 Mạch nguyên lý…………………………………… 55 1.1.1.2 Mạch in………………………………………….………… 59 1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch LED……………………… ………………………59 1.2.1 Mạch nguyên lý……………………………………………… 59 1.2.2 Mạch in………………………………………………… …………… 60 II Chƣơng trình điều khiển……………………………………………… 61 2.1 Lưu đồ thuật toán chương trình…………………… ……………….…… 61 2.2 Chương trình hệ thống…………………………………………………… 63 2.3 Cách nạp code cho vi khiển Atmega8…………………………………… 75 CHƢƠNG III: KẾT LUẬN…………………………………………………………… 79 3.1 Ưu nhược điểm sản phẩm…………………………………….…………….79 3.2 Ứng dụng sản phẩm vào đời sống thực tế………………… …………… 80 3.3 Hình ảnh sản phẩm………………………………………….…………… 80 3.4 Kết quả… …………………………………………………………………… 82 3.5 Lời cảm ơn…………………………………………………………………… 82 Tài liệu tham khảo…………………… …………………………………………… 82 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt ADC ALU CMOS CPU DIP EPROM Tên đầy đủ Nghĩa tên Analog-to digital Converter Bộ biến đổi thông tin tương tự - thông tin số Đơn vị số học-lôgic Chất bán dẫn kim loại Arithmetic logic unit Complementary metal-oxide semiconductor Central Processing Unit Dual-in-line package Erasable programmable readonly memory IC I/O ISP OTP Intergrated circuit Input/output Instruction set processor One time programmable PSW PROM RAM Program status word Prommable read-only memory ROM UART Random access memory Read-only memory Universal Ansynchronous Receiver and Tranmistter Đơn vị xử lý trung tâm Vỏ hai hàng chân Là kiểu nhớ ROM ghi lại chương trình cách chiếu tia cực tím sau tháo vỏ bảo vệ Vi mạch tích hợp Đầu vào/đầu Bộ xử lý tập lệnh Bộ nhớ lập trình lần Từ trạng thái chương trình ROM lập trình Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Bộ nhớ đọc Bộ truyền nhận liệu không đồng SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử Lời nói đầu Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, mang lại tiện lợi tối ưu với trang thiết bị đại phục vụ công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Góp phần vào phát triển ngành kỹ thuật điện tử góp phần không nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Trong tích hợp mạch điện – điện tử ngày trở lên thiết yếu mà công nghệ ngày phát triển tiến tới thời đại vi xử lý vi mạch mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích bị loại bỏ dần thay vào mạch siêu nhỏ, gọn gàng ưa chuộng Những thành tựu biến tưởng trừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Trong trình học tập trường chúng em nhận thấy việc quản lý sinh viên giáo viên vất vả Vì số lượng sinh viên lớp đông, nên để đảm bảo xác số lượng sinh viên suốt buổi học khó Và vấn đề điện lớp, tan học bạn muốn nên không tắt điện phòng, làm lãng phí điện Từ điều khả chúng em, suốt thời gian thực tập chúng em muốn làm điều nhỏ, giúp giáo viên quản lý sinh viên quản lý điện lớp học tốt hơn, xác Nên chúng em thiết kế mạch đếm số học sinh vào lớp quản lý điện lớp, gần gũi với thực tế thật có ý nghĩa chúng em làm phần nhỏ đóng góp cho ngành giáo dục cho xã hội Chúng em nghiên cứu đề tài hướng dẫn nhiệt tình thầy Vũ Việt Hưng, giảng viên khoa điện tử Vì kiến thức, kinh nghiệm chúng em hạn hẹp nên đồ án không tránh sai sót Chúng em mong đánh giá quý thầy cô để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Đặt vấn đề 1.1 Lý chọn đề tài - Ngày việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào ứng dụng sống phổ biến,điển hình chip vi điều khiển Atmega8 Ở công nghiệp lĩnh vực liên quan đến sản phẩm phát huy lợi sử dụng vi điều khiển việc đếm sản phẩm trở nên đơn giản giảm bớt nhiều sức lao động thời gian Cũng giảng đường,việc vào lớp tự sinh viên khiến cho giáo viên kiểm soát được.Để hạn chế điều này,dưới gợi ý thầy VŨ VIỆT HƯNG qua tìm hiểu chúng em định chọn đề tài mạch đếm người vào lớp học sử dụng cảm biến hồng ngoại ứng với vi điều khiển Atmega8 1.2 Mục đích yêu cầu đề tài: Trong đồ án này, chúng em thực mạch đếm số sinh viên lớp quản lý lượng điện Như vậy, học sinh qua cảm biến đếm, học sinh vào lớp đếm tiến học sinh trừ Còn quản lý lượng điện, học sinh vào lớp thiết bị lớp đèn quạt tự động bật, học học sinh hết điện quạt tư động tắt Từ suy mục đích yêu cầu đề tài: Số đếm phải xác, đếm tiến đếm lùi đảm bảo quản lý tốt số học sinh lớp - Quản lí điện lớp xác có học sinh vào học sinh hết - Bộ phận hiển thị rõ ràng - Mạch điện không phức tạp, đảm bảo an toàn, dễ sử dụng - Giá thành không đắt 1.3 Vấn đề cần giải quyết: 1.3.1 Chọn phương án thiết kế: - 1.3.1.1Với mạch đếm số người dùng IC rời có ưu điểm sau:  Cho phép tăng hiệu suất lao động SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử  Đảm bảo độ xác cao  Tần số đáp ứng mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao  Tổn hao công suất bé, mạch sử dụng pin  Khả đếm rộng  Giá thành hạ  Mạch đơn giản dễ thực hiện.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 1.3.1.2 Với mạch đếm số người vào lớp dùng kỹ thuật vi xử lí: Ngoài ưu điểm liệt kê phương pháp dùng IC rời mạch đếm số người vào lớp 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 ,cũng khó tiếp cận, dễ nhầm  Số linh kiện sử dụng mạch  Mạch đơn giản so với mạch đếm ssos người dùng IC rời có phần cài đặt số đếm ban đầu  Mạch điều khiển đếm người vào phần mềm  Mạch kết nối giao tiếp với máy tính thích hợp cho người quản lí nắm bắt tình hình lớp học 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 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử 1.3.1.3 Phương pháp đếm số người 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 - Tìm hiểu tài liệu liên quan đến đến đề tài nghiên cứu,đưa giải pháp tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế - Thiết kế chế tạo mạch gồm khối: khối xử lý trung tâm dùng atmega8, khối nguồn, khối cảm biến khối hiển thị - Tiến hành viết chương trình phần mềm phối hợp hoạt động khối điều khiển khối mạch 1.3.2 Giới hạn đề tài: - Các sản phẩm đa dạng với nhiều chủng loại: đặc, rỗng, kích cỡ khác Nhưng khả thiết bị lắp mạch có kích thước từ 10cm3 đến 30cm3 - Đếm số học sinh vào lớp học Khi học sinh vào lớp đếm tiến, học sinh khỏi lớp trừ số học sinh lớp hiển thị - Quản lí lượng điện, học sinh vào lớp đèn quạt tự động hoạt động, học sinh khỏi lớp thiết bị tự động ngừng hoạt động SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử II LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 2.1 Các linh kiện dùng mạch 2.1.1 Tổng quan vi điều khiển ATMEGA8 - Atmega8 vi điều khiển bit dựa kiến trúc RISC Với khả thực lệnh vòng chu kỳ xung clock, Atmega8 đạt tốc độ 1MIPS MHz (1 triệu lệnh/s/MHz) - Những tính Atmega8 tóm tắt sau: + Có 8Kbyte nhớ flash + Có thể xóa lập trình chịu 10000 lần ghi xóa + Có 32 ghi đa bit, + Có 512 byte nhớ EEPROM tích hợp chíp, + Có kbyte SRAM nội + Có hai Timer/counter bit timer/counter 16 bit với chia tần lập trình + Có ba kênh điều xung, kênh lối vào chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit + Atmega8 có 28 chân, có 23 cổng vào + Nguồn nuôi từ 2.7 đến 5.5 Atmega8L từ 4.5 đến 5.5 Atmega8 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử + Làm việc tiêu thụ dòng 3.6mA + Sử dụng mạch dao động từ đến Mhz với Atmega8L từ đến 16 Mhz với Atmega8 + Ngoài chíp Atmega8 có xung nội bên lập trình chế độ xung nhịp - Sơ đồ khối Atmega8: Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc Atmega8 ATmega hỗ trợ đầy đủ chương trình công cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm, 2.1.2 Cấu trúc chung AVR 2.1.2.1 Cấu trúc tổng quát 10 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử case 4: {den1=den2=0;den3=den4=den5=1;break;} case 5: case 6: {den1=den2=den3=0;den4=den5=1;break;} case 7: case 8: {den1=0;den2=den3=den4=0;den5=1;break;} case 9: case 10: {den1=den2=den3=den4=den5=0;break;} } } if(scan_count == 20) { scan_count=0;DK2=1;DK1=0; switch (people) { case 0: case 1: {den1=den2=den3=den4=den5=1;break;} case 2: case 3: {den1=0;den2=den3=den4=den5=1;break;} case 4: case 5: {den1=den2=0;den3=den4=den5=1;break;} case 6: case 7: {den1=den2=den3=0;den4=den5=1;break;} case 8: case 9: {den1=den2=den3=den4=0;den5=1;break;} 69 SVTH: Nguyễn Huy Đạt Trường ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử case 10:{den1=den2=den3=den4=den5=0;break;} } } scan_count ++; } void main(void) { DDRB=(1