Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN ÁP 1.1. Khái niệm đo điện áp Đo điện áp là ta dùng một thiết bị đo có khả năng chuyển từ tín hiệu tương tự sang một tín hiệu khác mà chúng ta có thể đọc và nhìn thấy được giá trị của chúng một cách cụ thể nhất. 1.2. Các phương pháp đo điện áp Có nhiều cách mà chúng ta có thể đo được điện áp, thường gặp đó là dùng các đồng hồ đo điện áp và sử dụng các mạch vi xử lý. a) Dùng đồng hồ đo: Thường sử dụng các loại vônmet hay đồng hồ vạn năng. Khi đo điện áp bằng vônmet thì vônmet được nối song song với tải trong mạch cần đo như hình 1.1 dưới.
MỤC LỤC Trang Chương 1. Tổng quan về các phương pháp đo điện áp 2 1.1. Khái niệm đo điện áp 2 1.2. Các phương pháp đo điện áp 2 Chương 2. Cơ sở thiết kế phần cứng 4 2.1. Sơ đồ khối chức năng 4 2.2. Chức năng của các khối 4 2.3. Tính chọn các phần tử 13 2.4. Sơ đồ nguyên lý 14 Chương 3. Thiết kế phần mềm 16 3.1. Lưu đồ thuật toán 16 3.2. Chương trình code lệnh 16 3.3. Kết luận 21 Tài liệu tham khảo 23 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN ÁP 1 1.1. Khái niệm đo điện áp Đo điện áp là ta dùng một thiết bị đo có khả năng chuyển từ tín hiệu tương tự sang một tín hiệu khác mà chúng ta có thể đọc và nhìn thấy được giá trị của chúng một cách cụ thể nhất. 1.2. Các phương pháp đo điện áp Có nhiều cách mà chúng ta có thể đo được điện áp, thường gặp đó là dùng các đồng hồ đo điện áp và sử dụng các mạch vi xử lý. a) Dùng đồng hồ đo: Thường sử dụng các loại vônmet hay đồng hồ vạn năng. Khi đo điện áp bằng vônmet thì vônmet được nối song song với tải trong mạch cần đo như hình 1.1 dưới. Hình 1.1. Sơ đồ mắc vônmet đo điện áp của phụ tải Trong phương pháp đo này muốn sai số nhỏ thì yêu cầu điện trở của vônmet Rv phải càng lớn càng tốt và lý tưởng là điện trở vônmet bằng vô cùng. Nếu không thoả mãn yêu cầu này thì sai số hệ thống do vônmét gây ra sẽ lớn hơn sai số của bản thân dụng cụ ( [1]- trang 19). Khi đó điện áp đo được không chính xác. b) Đo điện áp bằng phương pháp so sánh: Các dụng cụ đo điện áp sử dụng cơ cấu cơ điện để hiển thị kết quả đo có cấp chính xác của dụng cụ không vượt quá cấp chính xác của chỉ thị. Muốn đo điện áp chính xác hơn phải dùng phương pháp so sánh với mẫu (tức là so sánh điện áp cần đo với 2 điện áp rơi trên điện trở mẫu ); phương pháp này còn gọi là phương pháp bù. Nguyên lý cơ bản của phương pháp được mô tả như sau: Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lí đo điện áp bằng phương pháp so sánh + U k là điện áp mẫu với độ chính xác rất cao được tạo bởi dòng điện I ổn định đi qua điện trở mẫu R k . Khi đó: U k = I.R k + Chỉ thị là thiết bị phát hiện sự chênh lệch giữa điện áp mẫu U k và điện áp cần đo U x . ∆U = U x - U k . Khi đo người ta so sánh U x và U k , nếu ∆U khác 0 thì điều chỉnh con trượt của điện trở mẫu R k sao cho U x = U k , sẽ đọc kết quả trên điện trở mẫu đã được khắc độ theo thứ nguyên điện áp ([1] trang 22). c) Mạch đo sử dụng kỹ thuật vi xử lý Mạch đo có cài đặt vi xử lý để tạo ra các cảm biến thông minh,nhớ và ra công sơ bộ tín hiệu đo Mạch đo càng phức tạp khi thiết bị đo càng hiện đại,chức năng càng chính xác.Mạch đo có tác dụng làm tăng độ nhậy và độ chính xác của thiết bị đo và hệ thống đo. Mạch đo sử dụng vi xử lý giao tiếp với các thiết bị hiển thị như LCD, LED 7 vạch, PC Để có thể đo điện áp cần một bộ chuyển đối tương tự-số, thực hiện công việc này thường dùng ADC, dữ liệu đầu ra của ADC là dữ liệu số 8 bit được đưa sang vi xử lý. Vi xử lý thực hiện công việc xử lý dữ liệu và chuyển dữ liệu sang LCD. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1. Sơ đồ khối chức năng Cấu trúc chung của hệ thống Hình 2.1. Cấu trúc chung phần cứng của hệ thống - Bộ chuyển đổi ADC chuyển đổi tín hiệu Analog từ khối nguồn điện áp thành tín hiệu Digital. Nguồn điện áp ở đây có dải từ ĐCVC đến -24VDC. - Vi xử lí : nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi ADC , giao tiếp với nút ấn , điều khiển khối công suất, hiển thị dữ liệu trên LCD. - Khối hiểu thi LCD hiển thị giá trị điện áp đo được. Ngoài ra ta còn có khối nguồn: khối nguồn để cung cấp nguồn cho mạch điều khiển. 2.2. Chức năng của các khối 1) Vi xử lí - AT89C51 a) Chức năng: nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi ADC0804. Sau đó xử lý, chuyển tín hiệu số sang mã ASCII và xuất tín hiệu sang màn hình hiển thị LCD. b) Tổng quát về AT89C51: AT89C51 là IC vi điều khiển (Microcontroller) do hãng Intel sản xuất. IC này có đặc điểm như sau: - 4k byte ROM,128 byte RAM - 4 Port I/O 8 bit. - 2 bộ đếm/ định thời 16 bit. - Giao tiếp nối tiếp. - 64k byte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng. - 64k byte không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng. 4 - Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bít đơn). - 210 bit được địa chỉ hóa. - Bộ nhân / chia trong 4µs. * Tổ chức bộ nhớ RAM Có 128 byte RAM trong 8051 (một số thành viên có 256 byte RAM). 128 byte RAM trong 8051 được gán địa chỉ từ 00 đến 7FH, chúng được phân chia thành từng nhóm như sau: - Các bank thanh ghi và ngăn xếp có địa chỉ từ 00H đến 1Fh. - Ram địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH. - Ram đa dụng từ 30H đến 7FH. - Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH. * Sơ đồ chân AT89C51: Hình 2.3. Sơ đồ chân AT89C51 5 - Bộ phận dao động của vi xử lý được kết nối như hình dưới: IC 89C51 với tần số làm việc là 12 MHz. Chân 18, 19 của 89C51 được nối với thạch anh (cũng có thể thay thế thạch anh bằng tín hiệu xung clock). 1 chu kỳ máy của 89C51 là 1µs. ssT µ 110 1012 12 6 6 == × = − - Bộ phận Reset được kết nối như hình dưới: khi cấp nguồn, áp trên R2 (chân 9 của 89C51) lên mức cao 5V ( = VCC ) sau đó sẽ xuống 0V do tụ C nạp. 2) Bộ chuyển đổi ADC0804: *) Chức năng: chuyển đổi tín hiệu Analog từ nguồn điện áp cần đo thành tín hiệu Digital, đưa vào 89C51. *) Thành phần chính trong khối: + Tổng quan về ADC0804: Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng NationalSemiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất. Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được 6 định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN và không bé hơn 110µs. Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau: - CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp. - RD (Read): Chân số 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong. RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7). - WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp. - CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời gian.Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được nối với một tụ điện và một điện trở (như hình vẽ). Khi ấy tần số được xác định bằng biểu thức: RC f 1.1 1 = Với R=10 k, C=150pF và tần số f=606 kHz và thời gian chuyển đổi là 110 s. 7 Hình 2.4. Sơ đồ chân ADC0804 - Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra. - Vin(+) và Vin(-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin(+) – Vin(-). Thông thường Vin(-) được nối tới đất và Vin(+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số. - Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở. - Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 - +5V. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 đến +5V. Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 đến +5V. - Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin: 8 Ghép nối giữa ADC và vi điều khiển Hình 2.5. Ghép nối giữa ADC và vi điều khiển. 3) Màn hình hiển thị LCD 9 - Chức năng của LCD trong hầu hết các mạch, các bộ điều khiển đảm nhân vai trò hiển thị các thông số, các thông tin mà chúng ta muốn nhập vào hay các thông tin xử lý mà bộ điều khiển đang hoạt động được hiển thị ra màn hình, giúp chúng ta giao tiếp gần hơn với quá trình hoạt đông của hệ thống. LCD có loại 14 chân hoặc 16 chân. - Hình ảnh một màn hình LCD 16 chân được mô tả phía dưới Hình 2.6. Hình ảnh LCD 16 chân *) Mô tả các chân của LCD Chân V cc , V ss , V ee : là các chân cấp dương nguồn, -5V và đất tương ứng thì V EE được dùng để điều khiển độ tương phản của LCD. Chân chọn thanh ghi RS: Có 2 thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi 1 lệnh tới LCD. Nếu RS =1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ kiệu cần hiển thị lên LCD. Chân đọc/ghi (R/W) 10 [...]... chiếu đặt vào chân Vref/2 chọn 1, 28V Sơ đồ cấp điện áp đầu vào dải từ -5VDC đến -24VDC Điện áp nguồn qua cầu phân áp điện trở R2, R3 để 13 đưa điện áp từ 0 đến 2,56V vào V(in) Ta tính toán giá trị điện trở cầu phân áp theo giá trị điện áp dương Ghép nối giữa cầu phân áp và ADC0804 Với mạch trên ta có công thức: Vin(−) = VDC ⋅ R3 R 2 + R3 Với VDC là nguồn điện áp của dải cần đo: VDC = 24V, V(in-) = 2,56V... mạch đo điện áp một chiều dải từ -5V đến -24V Với sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Phạm Tuấn Anh cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành bài tập của mình Qua đó 21 giúp em biết được ứng dụng của vi điều khiển có thể được sử dụng để thiết kế các mạch đo đo các tín hiệu trong kĩ thuật như điện áp, tần số, tốc độ, và ghép nối giữa vi điều khiển và ADC, các thiết. .. ghi trong LCD Để hiển thị các chữ cái và con số ta hiển thị mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 - 9 đến các chân này khi bật RS =1 Cũng có các mã lệnh có thể gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng, hoặc nhấp nháy con trỏ Chúng ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin Cò bận là D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và... sau: Nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 =1 thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kì thông tin mới nào Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ thông tin nào lên LCD Bảng mô tả các chân của LCD 14 chân: 11 Ghép nối giữa LCD và vi điều khiển 12 Hình 2.7 Ghép nối giữa vi xử lý và LCD 2.3 Tính chọn các phần tử Điện áp tham chiếu... P0 .1 ;R/W =1: doc thanh ghi lenh BACK: CLR SETB JB P0.2 P0.2 P2.7,BACK ;E=0 ;E =1 ;kiem tra LCD xem da san sang nhan lenh chua,neu P2.7= 1 xuat ma lenh RET ; -;Chuong trinh tao tre delay: MOV R6,#80H; 20 tre1: djnz R6,tre1 RET END Ví dụ khi đo điện áp -20V 3.3 Kết luận Để củng cố thêm kiến thức về môn học kỹ thuật vi xử lý, em đã được giao làm bài tập lớn với đề tài: thíêt kế mạch. .. 24.R 21, 44.R = 2,56.R 3 => R = 0 ,11 94R 2 2 14 2 3 Chọn R = 500k => R = 59.7k 3 Do có sai số giữa các giá trị điện trở, ta chọn lại giá trị điện trở R = 55,8k 2.4 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý 15 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3 .1 Lưu đồ thuật toán 3.2 Chương trình code lệnh #include 16 ORG 000H MOV A,#38H ;bat man hinh LCD hien thi 2 dong LCALL GUI_LENH MOV A,#0CH ;LCD hien thi... các tín hiệu trong kĩ thuật như điện áp, tần số, tốc độ, và ghép nối giữa vi điều khiển và ADC, các thiết bị hiển thị Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót: cụ thể khi đo điện áp từ -5V đến -10 V thì sai số còn lớn, việc tính toán điện trở cho mạch cầu phân áp đưa vào các chân Vin của bộ chuyển đổi ADC còn chưa chính xác Do đó nếu có thời gian và kiến thức tốt hơn em... lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W =1 Chân cho phép E Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó Khi dữ liệu được cấp tới chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu Xung này phải rộng tối đa 450ns Chân D0-D7 Đây là 8 chân dữ liệu 8bit, được dùng để gửi thông tin lên LCD. .. -;Chuong trinh con gui du lieu hien thi len man hinh LCD GUI_DATA: LCALL READY ; xem LCD da san sang chua MOV P2,A ;xuat du lieu ra P2 SETB P0.0 ;RS =1: dat RS = 1 cho nhan du lieu CLR P0 .1 ;R/W=0 ghi ra LCD SETB P0.2 ;E =1: phan cao cua xung ap toi chan E CLR P0.2 ;E=0: phan thap cua xung chot chot du lieu RET READY: ;Chuong chinh kiem tra LCD da san sang nhan lenh chua SETB P2.7 ;lay P2.7 lam cong... DELAY CLR P0.7; ACALL DELAY MOV A,P1; chuyen tin hieu so tu P1 vao A MOV R0,A; RET ; ; Chuong trinh con thuc hien xu li du lieu cho hien thi len LCD ; Phuong phap hien thi quet LCD hienthi: MOV A,#'-' ;tao dau cach 17 MOV P2,A ;chuyen sang LCD ACALL GUI_DATA ;Hien thi hang chuc MOV A,R0 ;lay lai du lieu so tu R0 MOV B,#64H DIV AB ;chia A cho 10 0D lay so hang chuc ADD A,#30H MOV . ;Hien thi don vi von MOV A,#' ' MOV P2,A LCALL GUI_DATA MOV A,#'V' MOV P2,A LCALL GUI_DATA ;Quet lai LCD MOV A,#80H LCALL GUI_LENH RET ; ;Chuong trinh con gui lenh ra LCD GUI_LENH: lcall. con thuc hien xu li du lieu cho hien thi len LCD ; Phuong phap hien thi quet LCD hienthi: MOV A,#'-' ;tao dau cach 17 MOV P2,A ;chuyen sang LCD ACALL GUI_DATA ;Hien thi hang chuc MOV. <sfr51.inc> 16 ORG 000H MOV A,#38H ;bat man hinh LCD hien thi 2 dong LCALL GUI_LENH MOV A,#0CH ;LCD hien thi o che do khong co con tro LCALL GUI_LENH MAIN: While: LCALL Chuyen_doi_ADC; LCALL hienthi LJMP While; ;