Đang tải... (xem toàn văn)
Chương I.Tổng quan về các phương pháp đo điện áp 1 chiều [2] Trang 104-109 Khi chế tạo vôn mét ta có thể chỉ thị kết quả đo dưới dạng chỉ thị kim hoặc số. Ở đây ta quan tâm cách đo áp 1 chiều hiển thị số, trong việc đo áp chỉ thị số tùy thuộc vào việc biến đổi người ta chia thành: - Vôn met số chuyển đổi thời gian - Vôn met sốchuyển đổi tần số - Vôn mét số chuyển đổi bù 1. Vôn met số chuyển đổi thời gian Nguyên lý chung: nguyên lý hoạt động chung của các vônmét số chuyển đổi thời gian là biến đổi sơ bộ điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp đầy khoảng thời gian t bằng các xung mang tần số chuẩn (f0); dùng bộ đếm để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux. Phân loại: có các loại vônmét chuyển đổi thời gian sau:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN BÀI TẬP LỚN MÔN: KỸ TUẬT VI XỬ LÝ Đề tài số (12): Thiết kế mạch đo điện áp 1 chiều trong dải từ -24 đến -5V hiển thị kết quả trên máy tính GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : KS. Nguyễn Văn Tiến SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Nam Hùng LỚP : ĐTĐ – ĐHT1 Hải Phòng,tháng 5 năm 2012 1 MỤC LỤC Nội dung Trang Chương I.Tổng quan các phương pháp đo điện áp một chiều 2 1. Vôn met số chuyển đổi thời gian 2 2. Vôn mét số chuyển đổi tần số 4 Chương II.Cơ sở thiết kế phần cứng 5 1. Sơ đồ khối chức năng 5 2.Tính chọn thiết bị 5 3. Sơ đồ nguyên lý 13 Chương III. Thiết kế phần mềm 14 1. Sơ đồ thuật toán 15 2. Chương trình điều khiển 16 3. Kết quả mô phỏng 24 4. Kết luận 26 5. Tài liệu tham khảo 27 Chương I.Tổng quan về các phương pháp đo điện áp 1 chiều [2] Trang 104-109 Khi chế tạo vôn mét ta có thể chỉ thị kết quả đo dưới dạng chỉ thị kim hoặc số. Ở đây ta quan tâm cách đo áp 1 chiều hiển thị số, trong việc đo áp chỉ thị số tùy thuộc vào việc biến đổi người ta chia thành: 2 - Vôn met số chuyển đổi thời gian - Vôn met sốchuyển đổi tần số - Vôn mét số chuyển đổi bù 1. Vôn met số chuyển đổi thời gian Nguyên lý chung: nguyên lý hoạt động chung của các vônmét số chuyển đổi thời gian là biến đổi sơ bộ điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp đầy khoảng thời gian t bằng các xung mang tần số chuẩn (f0); dùng bộ đếm để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux. Phân loại: có các loại vônmét chuyển đổi thời gian sau: - Vônmét chuyển đổi thời gian một nhịp - Vônmét chỉ thị số tích phân hai nhịp Sau đây ta nghiên cứu Vôn mét chuyển đổi thời gian một nhịp Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: Hình 1: Vôn mét chuyển đổi thời gian một nhịp Trên sơ đồ N01, N02, N03 là các xung có chức năng như sau: - N01 làm nhiệm vụ khởi động vônmét - N02 tác động vào trigơ để khoá (K) 3 - N03 xoá kết quả Quá trình hoạt động của vônmét: mở máy, máy phát xung chuẩn qua bộ chia tần khởi động máy phát điện áp răng cưa tại thời điểm t1. Từ đầu ra máy phát điện áp răng cưa có Urc (tức là điện áp mẫu Uk) đi đến bộ so sánh để so với điện áp cần đo Ux cần đo ở đầu vào. Đồng thời cũng từ đầu ra của máy phát điện áp răng cưa ta có xung thứ nhất đến trigơ, đặt trigơ ở vị trí thích hợp thông khoá (K) cho phép các xung mang tần số chuẩn (f0) từ phát xung qua khoá (K) đến bộ đếm và chỉ thị số. Tại thời điểm t2 khi Ux = Urc; thiết bị so sánh phát xung thứ 2 (N02) tác động trigơ khoá (K). Thời gian từ t1 đến t2 tương ứng với tx. Từ đây có mối quan hệ: Số lượng xung đến bộ đếm trong thời gian tx sẽ là: Như vậy số lượng xung n được khắc độ theo giá trị điện áp. 2. Vôn mét số chuyển đổi tần số Vônmét loại này hoạt động dựa trên cơ sở ổn định áp thành tần số rồi dùng các máy đo tần số chỉ thị số khắc độ theo điện áp. Xét ví dụ về vônmét số tích phân biến đổi điện áp U thành tần số f bằng phương pháp tích phân (Hình 2): 4 Khâu chuyển đổi tín hiệu áp sang tín hiệu tần số U-f: Điện áp Ux cần đo được đưa đến đầu vào → qua khâu tích phân được điện áp U1 → U1 được đưa đến thiết bị so sánh với áp nền U2 (có độ ổn định cao) → khi U1 = U2 thiết bị so sánh phát xung qua khuếch đại 2 (tại thời điểm t1) thông khoá K1 và khóa K để đến bộ đếm → đến chỉ thị số. Đồng thời khi K1 thông, điện áp U0 (ngược dấu với U1) sẽ qua K1 đến bù áp U1 (đây là mạch phóng điện qua tụ C) trong khoảng thời gian Tk (từ t1 đến t2). Tại thời điểm t2 điện áp U0 bù hoàn toàn U1: Biến đổi quá trình ta được như sau: Như vậy nếu biết được fx sẽ suy ra được giá trị điện áp cần đo Ux.fx không phụ thuộc vào điện dung C, áp nền U2 mà được xác định bởi tỉ số R2/R1; Uovà Tk . Sai số khâu này lớn nhất khoảng 0,2%. Chương II. Cơ sở thiết kế phần cứng 1. Sơ đồ khối chức năng 5 + Khối bộ biến đổi sơ cấp: có nhiệm vụ biến đổi giá trị điện áp cần đo phù hợp với đầu vào ADC. + Khối chuyển đổi ADC: chuyển đổi tín hiệu tương tự từ bộ biến đổi sơ cấp thành tín hiệu số. + Khối xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu số nhận được từ bộ ADC. + Khối hiển thị: hiển thị kết quả đo được. 2.Tính chọn thiết bị Các phần mềm phục vụ cho việc mô phỏng : + Phần mềm mô phỏng : Proteus + Phần mềm tạo cổng COM ảo : Virtual Serial Ports Emulator(VSPE) + Phần mềm tạo cửa sổ hiển thị : Hecules Các phần tử sử dụng trong bài tập lớn : + Vi điều khiển 89C51 của Almel + Ic ổn áp 5V :KA 7805 + Tụ điện,điện trở + IC MAX 232 của Maxim + IC HD72LS04P(cổng NOT) + Trở băng 10k + Thạch anh 11,0592Mhz + Nút ấn + Biến trở 10k + Mạch tạo nguồn 6 Nguồn điện nuôi cho vi điều khiển 89C51 và IC chuyển đổi ADC, MAX 232 đều là nguuồn 5VDC VI 1 VO 3 GND 2 7805 C1 104pF C2 104pF C3 10uF 7-25VDC in out 5VDC Hình 3 + Mạch tái bật nguồn reset để 89C51 có thể hoạt động: C4 33pF C5 33pF C6 10uF R6 8.2k 89C51 EA/VPP X1 X2 RST Hình 4 + Mạch biến đổi sơ cấp (mạch chia áp) R2 1k R3 24.5kk Dien ap can do VDC Vin ADC Hình 5 Do ta chọn điện áp tham chiếu cho ADC 0804 là 1V và điện áp cần đo là -5 đến -24V. Vì vậy khi hiển thị giá trị đo là nhỏ hơn 25.5 nên ta chọn giá trị điện trở sao cho Uvao/Ura=25.5/1. Do đó ta lựa chọn điện trở mạch chia áp 7 R2=1k và R3=24.5k. + Mạch chuyển đổi ADC VIN+ 6 VIN- 7 VREF/2 9 CLK IN 4 A GND 8 RD 2 WR 3 INTR 5 CS 1 D GND 10 DB7(MSB) 11 DB6 12 DB5 13 DB4 14 DB3 15 DB2 16 DB1 17 DB0(LSB) 18 CLK R 19 VCC 20 U2 ADC0804 R1 10k C1 150pF 0.5V 89C51 Vin Hinh 6 - Chọn R,C cho ADC [1] Trang 406 Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. Tuy nhiên ADC804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ. Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong (cũng còn được gọi là máy tạo đồng hồ riêng) của ADC804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở như chỉ ra trên hình 5. Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức: Vậy khi ta chọn C1=150pF và R1=10k thì tần số là f = 606 Khz và thời gian chuyển đổi là 110μs. + Chọn điện áp tham chiếu cho ADC Bảng 1: Điện áp Vref/2 liên hệ với dải Vin. 8 Trong bài ta chọn điện áp tham chiếu là 1V, tức là ta đưa vào chân Vref của ADC 0804 điện áp là 0.5V. Khi đó Các chân dữ liệu D0 - D7 (D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân được đệm ba trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD bị đưa xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau: Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) + Lựa chọn phương pháp truyền thông [1] Trang 301-306 Phương pháp truyền thông sử dụng ở đây là truyền thông nối tiếp dị bộ. Trong phương pháp dị bộ, mỗi ký tự được bố trí giữa các bít bắt đầu (start) và bít dừng .Công việc này gọi là đóng gói dữ liệu. Trong đóng gói dữ liệu đối với truyền thông dị bộ thì dữ liệu chẳng hạn là các ký tự mã ASCII được đóng gói giữa một bít bắt đầu và một bít dừng. Bít bắt đầu luôn luôn chỉ là một bít, còn bít dừng có thể là một hoặc hai bít. Bít bắt đầu luôn là bít thấp (0) và các bít dừng luôn là các bít cao (bít 1). Ví dụ, hãy xét ví dụ trên hình 7 trong đó ký tự “A” của mã ASCII (8 bít nhị phân là 0100 0001) đóng gói khung giữa một bít bắt đầu và một bít dừng. Lưu ý rằng bít thấp nhất LSB được gửi ra đầu tiên. Hình 7 : Đóng khung dữ liệu kí tự “A” 9 Trong truyền thông nối tiếp dị bộ thì các chíp IC ngoại vi và các modem có thể được lập trình cho dữ liệu với kích thước theo 7 bít hoặc 8 bít. Đây là chưa kể các bít dừng stop có thể là 1 hoặc 2 bít. Trong khi các hệ ASCII cũ hơn (trước đây) thì các ký tự là 7 bít thì ngay nay do việc mở rộng các ký tự ASCII nên dữ liệu nhìn chung là 8 bít. Trong các hệ cũ hơn do tốc độ chậm của các thiết bị thu thì phải sử dụng hai bít dừng để đảm bảo thời gian tổ chức truyền byte kế tiếp. Tuy nhiên, trong các máy tính PC hiện tại chỉ sử dụng 1 bít stop như là chuẩn. + Lựa chọn chuẩn truyền thông. [1] Trang 313- 318 Thuật ngữ hiện nay phân chia thiết bị truyền thông dữ liệu thành một thiết bị đầu cuối dữ liệu DTE (Data Terminal Equipment) hoặc thiết bị truyền thông dữ liệu DCE (Data Communication Equipment). DTE chủ yếu là các máy tính và các thiết bị đầu cuối gửi và nhận dữ liệu, còn DCE là thiết bị truyền thông chẳng hạn như các modem chịu trách nhiệm về truyền dữ liệu. Lưu ý rằng tất cả mọi định nghĩa về chức năng các chân RS232 trong các bảng 1 và đều xuất phát từ gốc độ của DTE. Kết nối đơn giản nhất giữa một PC và bộ vi điều khiển yêu cầu tối thiểu là những chân sau: TxD, RxD và đất như chỉ ra ở hình 7. Để ý rằng trên hình này thì các chân TxD và RxD được đổi cho nhau. Hình 7: Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232. Bảng 1: Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC. 10 [...]... tạo màn hình hiển thị - Ta tạo 2 cổng COM ảo là cổng COM1 ( đựợc hiển thị trong Proteus) và 1 cổng COM2 trong phần giả định màn hình máy tính Hecules Hai cổng COM này được kết nối với nhau bằng VSPE: Hình 10 : Tạo kết nối cổng COM ảo Giao diện của phần mềm hiển thị giả định màn hình máy tính: 13 3.Sơ đồ nguyên lý: 14 15 Chương III .Thiết kế phần mềm 1 Thuật toán điều khiển Sơ đồ thuật toán: 16 2 Chương... 24 Khi điện áp đưa vào nhỏ hơn -24 VDC 25 4 .Kết luận: Ưu điểm: Sau khi tiến hành mô phỏng ta thấy kết quả đo khá chính xác Trong điều kiện lý tưởng như trong khi mô phỏng, vôn mét có cấp chính xác là 0.005 Nhựợc điểm : - Để tạo sự chính xác trong kết quả đo ta đã chọn điện áp tham chiếu cho ADC là 1V Khi đó ta có kích thước bước là 1/ 256 = 3.9 mV Với kích thước bước khá nhỏ như trên thì mạch đo rất... RxD của bộ vi điều khiển, xem hình 9 Để ý rằng nối ghép modem không là nối ghép mà chân TxD bên phát được nối với RxD của bên thu và ngược lại Hình 9: a) Sơ đồ bên trong của MAX232 b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 80 51 theo moden không Bộ MAX232 đòi hỏi 4 tụ điện giá trị từ 1 đến 22μF Giá trị phổ biến nhất cho 12 các tụ này là 22μF + Hiển thị kết quả đo Để có thể hiển thị kết quả đo trên PC khi mô phỏng... truyền (bộ chuyển đổi điện áp) để chuyển đổi các tín hiệu RS232 về các mức điện áp TTL sẽ được chấp nhận bởi các chân TxD và RxD 11 của 80 51 Bộ MAX232 chuyển đổi từ các mức điện áp RS232 sẽ về mức điện áp TTL và ngược lại Một điểm mạnh của chíp MAX232 là nó dùng điện áp nguồng +5v cùng với điện áp nguồn của 80 51 Hay nóic cách khác với nguồn điện áp nuối +5 chúng ta mà có thể nuôi 80 51 và MAX232 mà không... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;kết thúc KET_THUC: 23 S :SJMP S ;lặp vô hạn ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;lưu các ký tự cần hiển thị vào trong bộ nhớ ORG 300H KHONG_HOP_LE: DB "DIEN AP KHONG NAM TRONG DAI DO",0 MY_DATA: DB "DIEN AP LA:",0 END 3 .Kết quả mô phỏng: Khi điện áp đưa vào nằm trong dải đo từ -24 đến -5 VDC Khi điện áp đưa vào lớn... T1in và T1out trên các chân số 11 và 1 tương ứng Chân T1in là ở phía TTL và được nối tới chân RxD của bộ vi điều khiển, còn T1out là ở phía RS232 được nối tới chân RxD của đầu nối DB của RS232 Bộ điều khiển đường R1 cũng có gán R1in và R1out trên các chân số 13 và 12 tương ứng Chân R1in (chân số 13 ) là ở phía RS232 được nối tới chân TxD của đầu nối DB của RS232 và chân R1out (chân số 12 ) là ở phía... tồn tại trong R6 vì R7 luôn bằng 0 do phần nguyên phép chia luôn nhỏ hơn hoặc bằng 255 ;kiểm tra xem kết quả trung bình có lớn hơn 50 hay không, tức là kt xem có nằm trong dải đo áp không CLR CY ;xóa cờ CY MOV A,R6 ;chuyển phần nguyên của phép chia trung bình vào A SUBB A,#50 ;trừ A cho 50 19 JNC KT1 ;nếu cờ CY bằng không, tức là kết quả phép trừ dương thì kiểm tra tiếp SJMP TRUYEN_DI ;nếu kết quả phép... ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;kiểm tra kết quả trung bình có nhỏ hơn 240 không, tức là kt xem có nằm trong dải đo áp không KT1:MOV A,#240 ;gán A bằng 240 SUBB A,R6 ;trừ A cho kết quả trung bình JNC HIEN_THI ;nếu cờ CY vẫn bằng 0,tức là kết quả của phép trừ dương thì tới nhãn HIEN_THI SJMP TRUYEN_DI ;nếu ngoài dải đo thì tới nhãn TRYEN_DI ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;... biến trong các hệ thống trước đây Bộ điều khiển MAX232 có hai bộ điều khiển thường để nhận và truyền dữ liệu như trình bày trên hình 9 Các bộ điều khiển đường được dùng cho TxD được gọi là T1 và T2 Trong nhiều ứng dụng thì chỉ có một cặp được dùng Ví dụ T1 và R1 được dùng với nhau đối với TxD và RxD của 80 51, còn cặp R2 và T2 thì chưa dùng đến Để ý rằng trong MAX232 bộ điều khiển T1 có gán T1in và T1out... Sơ đồ thuật toán: 16 2 Chương trình điều khiển Chú ý: Do chọn điện áp tham chiếu cho ADC là 1V (tức là đặt vào chân Vref/2 là 0.5V) nên giá trị tín hiệu số sau khi chuyển đổi ADC đúng bằng 10 lần giá trị tương tự đặt ở 2 đầu que đo ;Code cho 89C 51: ;code đo điện áp 1 chiều từ -5 đến -24V #include ORG 0H ;tạo nút bắt đầu START:JB P3.7,START ;đợi đến lúc nút bắt đầu được ấn xướng thấp ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; . đổi sơ cấp (mạch chia áp) R2 1k R3 24.5kk Dien ap can do VDC Vin ADC Hình 5 Do ta chọn điện áp tham chiếu cho ADC 0804 là 1V và điện áp cần đo là -5 đến -24V. Vì vậy khi hiển thị giá trị đo là. ;xóa A SJMP LAP ;quay lại LAP ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;hiển thị kết quả đo được HTT:MOV A,#'-' ; gán. ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; HIEN_THI: ;hiển thị chữ: " ;DIEN AP LA :" CLR A ;xóa A MOV DPTR,#MY_DATA ;gán DPTR bằng MY_DATA LAP:MOVC A,@A+DPTR ;lấy kí tự từ không gian nhớ của trương