Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 Bé C«ng Th¬ng Trêng: §¹i Häc C«ng NghiÖp Hµ Néi Khoa : §iÖn Tö §å ¸n m«n häc: ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Đề tài: THIẾT KẾ VOLTMET ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG CỔNG NỐI TIẾP GVHD: Vò ThÞ Thu H¬ng SVTH: Vũ Văn Dũng Ngô Văn Hà Phạm Huy Hải Lớp: Điện tử 4K5 Hà Nôi 2014 1 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 Phụ lục Lời nói đầu Chương I: Tổng quan về giao tiếp cổng nối tiếp 1. Cấu trúc cổng nối tiếp 2. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp RS232 3. Sơ đồ ghép nối RS232 4. Phần mềm giao tiếp Chương II: Giới thiệu chương trình điều khiển Visual Basic 1. Tổng quan về Visual Basic 2. Các thao tác cơ bản khi xây dựng ứng dụng Chương III: Cấu trúc Vi Điều Khiển 8051 1. Giới thiệu tổng quan về họ 8051 (AT 89S52) 2. Sơ đồ khố và chức năng 3. Giới thiệu ADC0804 4. Giới thiệu Max232 Chương IV: Các chương trình thiết kế mô phỏng Voltmet điện tử 1. Mô phỏng Proteus và Visual Basic 2. Các chương trình điều khiển Chương V: Ứng dụng Lêi Nãi §Çu 2 o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5 Trong quỏ trỡnh hin nay, mỏy tớnh in t ó gúp phn khụng nh i vi s phỏt trin ca xó hi. Do yờu cu ca con ngi ngy cng cao , cỏc th h mỏy tớnh ó liờn tc c phỏt trin khụng ngng, cựng vi ú l nhiu k thut, cụng ngh mi c ỏp dng iu khin cỏc mỏy múc, thiờt b, S kt ni, giao tip vi cỏc thit b ngoi vi bờn ngoi ngy cng tr nờn tinh vi, ũi hi chớnh xỏc cao hn. Cựng vi ú l s ra i cakthut ghộp ni vi mỏy tớnh gii quyt vn trao i d liu gia mỏy tớnh vi thit b ngoi vi bờn ngoi, nú ngy cng nhiu thit b s dng k thut ny em li s tin li, thụng minh ỏp dng vo cuc sng. Ngoi ra mỏy tớnh c sdng trong cỏc nh mỏy xớ nghip trong cỏc dõy truyn sn xut, trong cỏc ng dng thit kngụi nh thụng minh. Cỏc thit b, hthng o lng ghộp ni vi mỏy tớnh cú chớnh xỏc cao. Vi ti Thit k Voltmet in t s dng cng ni tip qua mt thi gian nghiờn cu tỡm hiu chỳng em ó hon thnh c ti v cú thờm mt s kin thc trong lnh vc iu khin ghộp ni vi mỏy tớnh. Tuy nhiờn do thi gian cú hn cng vi lng kin thc cũn nhiu hn ch nờn ti ca chỳng em cũn nhiu thiu sút, mong nhn c s gúp ý ca cỏc thy cụ giỏo cựng cỏc bn chỳng em cú th hon thin ti ny. Đề tài gồm cỏc phần: Phần 1:Tng quan v giao tip cng ni tip Phần 2: Gii thiu chng trỡnh iu khin bng Visual Basic Phn 3: Cu trỳc Vi iu Khin 8051 Phn 4: Cỏc chng trỡnh thit k mụ phng Voltmet in t Phn 5: ng dng Mặc dù chúng em rất cố gắng để hoàn thành đồ án này đúng thời hạn ,nhng không thể trỏnh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm .Chúng em mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn .Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô cùng các bạn sinh viên. Chng I: TNG QUAN V GIAO TIP CNG NI TIP 3 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 1. Cấu trúc cổng nối tiếp Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có các ưu điểm sau: - Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song. - Số dây kết nối ít. - Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại. - Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device). - Cho phép nối mạng. - Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc. - Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment). DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền). Các tín hiệu còn lại có chứcnăng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay (handshake). Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát đường truyền. Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations). Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA. Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch. Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps. Các phương thức nối giữa DTE và DCE: - Đơn công (simplex connection): dữ liệu chỉ được truyền theo 1 hướng. - Bán song công ( half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm chỉ được truyền theo 1 hướng. - Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng. Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232 như sau: Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V). Khi bắt 4 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường truyền. Dạng tín hiệu truyền mô tả như sau (truyền ký tự A): Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như sau: Các tốc độ truyền dữ liệu thông dụng trong cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps, 5 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 9600 bps và 19200 bps. Sơ đồ chân: Hình 4.2 – Sơ đồ chân cổng nối tiếp Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) và đầu nối DB9 (9 chân) mô tả như hình 4.2. Ý nghĩa của các chân mô tả như sau: 6 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 Truyền thông giữa hai nút Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp: Hình 4.3 – Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát và thu giống nhau. Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt. Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa hai DTE, ta còn dùng sơ đồ sau: 7 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 Hình 4.4 – Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực � tác động lên DSR của DTE2 cho biết sẵn sàng nhận dữ liệu và cho biết đã nhận được sóng mang của MODEM (ảo). Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1 có thể nhận dữ liệu. Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khác nhau nên phải thực hiện điều khiển lưu lượng. Quá trinh điều khiển này có thể thực hiện bằng phần mềm hay phần cứng. Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiện bằng hai ký tự Xon và Xoff. Ký tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (có thể nhận dữ liệu). Nếu DCE bận thì sẽ gởi ký tự Xoff. Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS. Nếu DTE muốn truyền dữ liệu thì sẽ gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năng nhận dữ liệu (đang rảnh) thì gởi lại CTS. 2. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp RS232 Ngày nay các thiết bị đo lường, điều khiển đều phải giao tiếp với máy tính để quan sát thông số và chế độ hoạt động của thiết bị như thế nào? Chuẩn giao tiếp được coi là đơn giản và dễ dùng đó là RS232. Hầu như các thiết bị đều được giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn này. Bài viết này sẽ nói về cơ bản chuẩn giao tiếp RS232: Tổng quan chung về RS232, Sơ đồ ghép nối, Giao diện phần mềm. 8 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 1) Đặt vấn đề Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng điều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính.Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị , chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt. Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo đường truyền. Có hia phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài là RS232B và RS232C. Nhưng cho đến nay thì phiên bản RS232B cũ thì ít được dùng còn RS232C hiện vẫn được dùng và tồn tại thường được gọi là tên ngẵn gọn là chuẩn RS232 Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232C được gọi là cổng Com. Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Trên main máy tính có loại 9 chân hoặc lại 25 chân tùy vào đời máy và main của máy tính. Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 cũng tương đối dễ dàng, đặc biệt khi chọn chế độ hoạt động là không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp. 2) Ưu điểm của giao diện nối tiếp RS232 + Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao + Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện + Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp 3) Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232 + Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +-12V. Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ôm + Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến 12V 9 Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5 + Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ( ngày nay có thể lớn hơn) + Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF + Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm + Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m nếu chúng ta không sử model + Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn : 50,75,110,750,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,38400 56600,115200 bps 4) Các mức điện áp đường truyền RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vấn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát. Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau: + Mức logic 0 : +3V , +12V + Mức logic 1 : -12V, -3V Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ - 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd . 5) Cổng RS232 trên PC Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều được trang bị ít nhất là 1 cổng Com hay cổng nối tiếp RS232. Số lượng cổng Com có thể lên tới 4 tùy từng loại main máy tính. Khi đó các cổng Com đó được đánh dấu là Com 1, Com 2, Com 3 Trên đó có 2 loại đầu nối được sử dụng cho cổng nối tiếp RS232loại 9 chân (DB9) hoặc 25 chân (DB25). Tuy hai loại đầu nối này có cùng song song nhưng hai loại đầu nối này được phân biệt bởi cổng đực (DB9) và cổng cái (DB25) Ta xét sơ đồ chân cổng Com 9 chân: 10 [...]... do 25v putchar(x); delay(5000); } } } IV.kết luận : 1.Ưu điểm: -Mạch có khả năng đo dải điện áp rộng từ 0V - 25V -Mạch có 2 thang đo nhằm tăng độ chính xác giá trị đo -Mạch có tốc độ đo nhanh , chính xác và ổn định -Mạch hiển thị thang đo và kết quả rõ ràng -Mạch đợc thiết kế nhỏ gọn dễ sử dụng 2.Nhợc điểm: 32 o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5 -Do thiết kế mạch bằng phần mềm cha chuyên nghiệp... trị nhỏ -Mạch mới chỉ đo đợc giá trị điện áp một chiều, muốn đo điện áp xoay chiều cần phải chỉnh lu trớc khi đo 3.Khả năng ứng dụng thực tế: -Mạch có thiết kế khá đơn giản, nhỏ gọn , hiển thị rõ ràng với dải điện áp đo lớn từ 0V 25V, độ chính xác khá cao, vì vậy rất thích hợp sử dụng ngoài thực tế đặc biệt dùng cho những ngời theo ngành kĩ thuật thờng xuyên phải đo điện áp nhỏ và yêu cầu chính xác cao... đo đợc so với các loại voltmet thông thờng dùng hiển thị kim 4.Hớng phát triển: - Có thể nói trong khuôn khổ của một mạch đo điện áp chỉ sử dụng đợc rất ít hiệu năng làm việc của các linh kiện có trong mạch, vì vậy để mạch điện có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế ta có thể tích hợp thêm nhiều tính năng khác cho mạch, để mạch điện có hiệu năng làm việc cao và có nhiều ứng dụng Bằng cách nâng cấp... những thiết bị đợc sử dụng rộng rãi nhất để thu dữ liệu Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân , nhng trong thế giới vật lý thì mọi đại lợng ở dạng tơng tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí hoặc chất lỏng), độ 22 o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5 ẩm và vận tốc và một số ít trọng những đại lợng vật lý của thế giới thực mà ta gặp hàng ngày Một đại lợng vật lý đợc chuyển về dòng điện hoặc điện. .. Đất tơng tự đợc nối tới đất của chân Vin tơng tự, còn đất số đợc nối tới đất của chân Vcc Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tơng tự Vin từ các điện áp ký sinh tạo ra việc chuyển mạch số đợc chính xác Trong phần trình bày của chúng ta thì các chân này đợc nối chung với một đất Tuy nhiên, trong thực tế thu đo dữ liệu các chân đất này đợc nối tách biệt Từ những điều trên ta kết luận rằng... mà Vin = Vin (+) - Vin (-) Thông thờng Vin (-) đợc nối xuống đất và Vin (+) đợc dùng nh đầu vào tơng tự đợc chuyển đổi về dạng số 7 Chân VCC Đây là chân nguồn nuối +5v, nó cũng đợc dùng nh điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 (chân 9) để hở 8 Chân Vref/2 Chân 9 là một điện áp đầu vào đợc dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân này hở (không đợc nối) thì điện áp đầu vào tơng tự cho ADC0804 nằm trong dải... một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài đợc sử dụng để tạo ra thời gian Tuy nhiên ADC0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong (cũng còn đợc gọi là máy tạo đồng hồ riêng) của ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R đợc nối tới một tụ điện và một điện trở Trong trờng hợp này tần số đồng hồ đợc xác định bằng biểu thức: f= 1 1,1RC giá trị tiêu biểu của các đại lợng trên là... này sẽ đợc sử dụng khi AT89S52 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc Bus 2.Port 1( P1.0-P1,7 hay từ chân 1 đến chân 8) : Có chức năng xuất nhập theo bit và byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 đợc dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 đợc dùng cho bộ Timer 2 20 o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5 3.Port 2( P2.0- P2.7 hay từ chân 21 đến chân 28): Là một port có công dụng kép:... điện áp qua một thiết bị đợc gọi là các bộ biến đổi Các bộ biến đổi cũng có thể đợc coi nh các bộ cảm biến Mặc dù chỉ có các bộ cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng và nhiều đại lợng tự nhiên khác nhng chúng đều cho ra các tín hiệu dạng dòng điện hoặc điện áp ở dạng liên tục Do vậy, ta cần một bộ chuyển đổi tơng tự số sao cho bộ vi điều khiển có thể đọc đợc chúng Một chíp ADC đợc sử dụng rộng rãi... đệm ba trạng thái và dữ liệu đợc chuyển đổi chỉ đợc truy cập khi chân CS = 0 và chân RD bị đa xuống thấp Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau: 24 o lng iu khin bng mỏy tớnh D out = Lp in t 4 - K5 V in kich thuoc buoc Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) V in là điện áp đầu vào tơng tự và độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất đợc tính nh là (2 ì Vref/2) chia cho 255 đối với . Lớp Điện tử 4 - K5 Phụ lục Lời nói đầu Chương I: Tổng quan về giao tiếp cổng nối tiếp 1. Cấu trúc cổng nối tiếp 2. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp. tính Lớp Điện tử 4 - K5 Truyền thông giữa hai nút Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp: Hình 4.3 – Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp Khi