ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 6 Chương 1 : Tổng Quan 7 1.1 Giới thiệu 7 1.2 Cách thức tìm hiểu và lựa chọn giải pháp thiết kế 7 Chương 2 : Vi Điều Khiển AMELT 89C51 8 2.1 Cấu trúc bên trong của Vi điều khiển 89C51 8 2.2 Sơ đồ chân và chức năng chân Vi điều khiển AMELT 89C51 10 2.3 Tổ chức bộ nhớ Vi điều khiển AMELT 89C51 12 2.3.1 Bộ nhớ nội Vi điều khiển AMELT 89C51 12 2.3.2 Bộ nhớ ngoài Vi điều khiển AMELT 89C51 16 2.4 Các chức năng của Vi điều Khiển AMELT 89C51 17 2.4.1 Input/ Output 17 2.4.2 Timer 17 2.4.3 Ngắt 19 2.4.4 Truyền thông nối tiếp 21 2.5 Tập lệnh của Vi điều khiển AMELT 89C51 23 Chương 3 : Báo cáo quá trình thực hiện đồ án 26 3.1 Cách thực hiện đồ án 26 3.2 Các khối trên board 26 3.2.1 Khối phát hồng ngoại từ xa 26 3.2.2 Khối thu thu hồng ngoại 30 3.2.3 Khối công suất sử dụng TRIAC 32 3.2.4 Khối kiểm tra thiết bị AC 220 32 3.2.5 Khối phím nhấn điều khiển không sử dụng khối phát hồng ngoại từ xa 33 3.2.6 Khối nguồn 33 3.2.7 Khối hiển thị LCD 34 3.2.8 Khối Vi Điều Khiển 89C51 35 3.2.9 Thi Công 36 3.3 Lưu đồ giải thuật 38 3.4 Chương trình 41 Chương 4 : Kết Luận 53 4.1 Kết quả thu được 53 4.2 Các ưu điểm của sản phẩm 53 4.3 Các khuyết điểm của sản phẩm 53 4.4 Hướng phát triển của đề tài trong tương lai 53 MỤC LỤC 5 1.1 Giới thiệu 75 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 5 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 1.2 Cách thức tìm hiểu và lựa chọn giải pháp thiết kế 7 5 Chương 2 : Vi Điều Khiển AMELT 89C51 8 5 2.1 Cấu trúc bên trong của Vi điều khiển 89C51 85 2.2 Sơ đồ chân và chức năng chân Vi điều khiển AMELT 89C51 10 5 2.3 Tổ chức bộ nhớ Vi điều khiển AMELT 89C51 12 5 2.3.1 Bộ nhớ nội Vi điều khiển AMELT 89C51 12 5 2.3.2 Bộ nhớ ngoài Vi điều khiển AMELT 89C51 16 5 2.4 Các chức năng của Vi điều Khiển AMELT 89C51 17 5 2.4.1 Input/ Output 17 5 2.4.2 Timer 17 5 2.4.3 Ngắt 19 5 2.4.4 Truyền thông nối tiếp 21 5 2.5 Tập lệnh của Vi điều khiển AMELT 89C51 23 5 Chương 3 : Báo cáo quá trình thực hiện đồ án 26 5 3.1 Cách thực hiện đồ án 26 5 3.2 Các khối trên board 26 5 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 6 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 3.3 Lưu đồ giải thuật 38 5 3.4 Chương trình 41 5 Chương 4 : Kết Luận 53 5 4.1 Kết quả thu được 53 5 4.2 Các ưu điểm của sản phẩm 53 5 4.3 Các khuyết điểm của sản phẩm 53 5 4.4 Hướng phát triển của đề tài trong tương lai 53 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 8 CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN AMELT 89C51 9 CHƯƠNG 3: BÁO CÁO QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 28 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 55 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, đời sống người dân ngày càng được nâng cao, vì thế nhu cầu về sự tiện nghi trong cuộc sống càng ngày càng được đòi hỏi cao hơn trước. Chính vì thế, việc thiết kế những sản phẩm phục vụ cuộc sống là một lĩnh vực luôn đầy tiềm năng và có ý nghĩa. Các công tắc dùng điều khiển các thiết bị điện truyền thống không có tính năng điều khiển từ xa. Muốn đóng, ngắt các thiết bị phải thao tác ngay trên công tắc. Điều này là không tiện lợi, đặc biệt trong những ứng dụng gia đình mà có người lớn tuổi. Vì thế, tôi đã lựa chọn việc thiết kế và thi công bộ điều khiển thiết bị dân dụng từ xa bằng hồng NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ ngoại làm nội dung của đồ án. Bộ điều khiển này có thể đưa vào sử dụng để điều khiển các thiết bị gia đình dùng điện AC như hệ thống đèn, quạt, chuông báo động,… Nội dung đồ án bao gồm hai phần chính: Phần 1: Tìm hiểu về vi điều khiển AMELT 89C51 gồm hai chương Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Vi điều khiển AMELT 89C51. Phần 2: Thiết kế thi công bộ điều khiển và chương trình điều khiển gồm hai chương Chương 3: Báo cáo quá trình thực hiện đồ án. Chương 4: Kết luận. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Ngày nay, mức sống của người dân ngày càng cao và yêu cầu về việc sử dụng những sản phẩm tiện lợi cho cuộc sống là vô cùng chính đáng. Hiện nay, việc điều khiển đóng mở các công tắc điện trong gia đình vẫn mang tính thủ công là người dùng vẫn phải đến nơi đặt công tắc. Việc này đem đến nhiều bất tiện như trời tối việc đi lại đóng mở các công tắc có thể gây khó khăn cho người lớn tuổi hay những lúc cha mẹ cần tắt đèn phòng cho con cái mà không muốn vào phòng con,… Vì thế, việc thiết kế thi công một sản phẩm dùng để thay thế việc đóng mở các công tắc một cách thủ công bằng việc đóng mở từ xa qua một modun FM, hồng ngoại từ xa hay máy tính sẽ có ý nghĩa thực tiễn lớn. Trong việc điều khiển không dây có nhiều sự lựa chọn khác nhau như dùng PLC, vi điều khiển… Ở đây, do nhu cầu là thiết bị dân dụng, giá thành chấp nhận được nên tôi sử dụng vi điều khiển để thiết kế thi công sản phẩm này. NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 8 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 1.2 Cách thức tìm hiểu và lựa chọn giải pháp thiết kế Sản phẩm này gồm hai phần chính là phần điều khiển-kết nối thiết bị và phần phát tín hiệu điều khiển (hồng ngoại từ xa). Các khối được thiết kế trong đồ án được quan hệ với nhau theo sơ đồ hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ giữa các phần điều khiển. Ở đây, tôi lựa chọn vi điều khiển là 89C51 của AMELT làm vi điều khiển cho phần điều khiển và kết nối thiết bị. Quá trình tìm hiểu thí nghiệm, tôi nhận thấy có hai cách để đóng mở các thiết bị AC là: - Dùng rơ-le: đây là cách được sử dụng nhiều nhưng nó có khuyết điểm là gây tiếng ồn khi đóng ngắt và thời gian đáp ứng chậm cũng như sử dụng dòng điều khiển lớn. - Dùng triac thông qua opto-triac: cách này phù hợp với việc điều khiển bằng vi điều khiển hơn, vì: độ nhạy cao, không gây tiếng ồn, dòng điều khiển bé, tiết kiệm năng lượng. Vì thế, trong đồ án phần thi công là sử dụng triac và opto-triac để đóng mở thiết bị AC. Sơ đồ khối của phần điều khiển-kết nối thiết bị: Hình 1.2 Sơ đồ khối của phần điều khiển-kết nối thiết bị CHƯƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN AMELT 89C51 2.1Cấu trúc bên trong của IC ATMEL 89C51 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 9 Khối phát tín hiệu khiển Khối điều khiển và khối hiện thị ị Thiết bị Điều khiển Kiểm tra SW Manul Vi Điều Khiển và Khối hiển thị Bộ công suât AC Khối thu hồng ngoại REMOTE Hồng ngoại Các thiết bị AC Khối kiểm tra AC ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ Hình 2.1 Cấu trúc bên trong của 89C51 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU: (Central Processing Unit) - Thanh ghi tích lũy A - Thanh ghi tich lũy B dùng trong phép nhân vả phép chia - Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logiccal Unit) NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 10 Khối điều khiển và khối hiện thị ị ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - Trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word) - Con trỏ ngăn xếp - Bốn băng thanh ghi - Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình , bộ nhớ giải mã lệnh , bộ điều khiển thời gian và logic. Bộ xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung clock từ bộ dao động cung cấp. Chương trình đang chạy có thể dừng nhờ khối điều khiển ngắt bên trong. Các nguồn ngắt : biến cố từ bên ngoài (INT0 va INT1), tràn bộ đếm của Timer , truyền thông trên Port nối tiếp. Có hai bộ Timer 16 bit dùng để đếm sự kiện hoặc thời gian. Các cổng (Port 0 , Port 1 , Port 2 , Port3 ) dùng truy xuất dữ liệu . Port nối tiếp gồm : bộ truyền và bộ nhận không đồng bộ hoạt động độc lập nhau . IC vi điều khiển ATMEL 89C51 có hai thành phần quan trọng là bộ nhớ và các thanh ghi: - Bộ nhớ gồm có bộ nhớ Rom và Ram dùng lưu trữ dữ liệu và mã lệnh - Các thanh ghi sử dụng lưu trữ thông tin trong quá trình của CPU. IC ATMEL 89C51 thuộc họ MCS51 có đặc điểm sau : - 4Kbyte Rom ( được lập trình bởi nhà sản xuất ) - 128 bit Ram - 4 Port I/O 8 bit - Hai bộ timer 16bit - Giao tiếp nối tiếp - 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng - 64KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - Một bộ xử lý lý luận (thao tác trên các bit đơn) - 210 bit được địa chỉ hóa 2.2 SƠ ĐỒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA CHÂN IC ATMEL 89C51 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 11 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ Hình 2.2 Sơ đồ chân của 89C51 Các chân cấp nguồn : Vi Điều Khiển 89C51 hoạt động với nguồn đơn 5VDC. Chân 40 cấp 5VDC và chân 20 cấp Vss(GND). Các ngõ vào bộ dao động trên chip : Vi Điều Khiển 89C51 có một bộ dao động trong chip để hoạt động chỉ kết nối thanh anh và tụ về GND giữa hai chân 18 và chân 19 Hình 2.3 : Khối dao động của 89C51 Thanh anh thông thường là 12mhz không có giao tiếp với PC. Giao tiếp PC thanh anh là 11.0592mhz, còn tụ C1 = 33p và C2 = 33p. RST : Vi Điều Khiển 89C51 ngõ vào RST nằm chân số 9 là chức năng reset . Khi tín hiệu này được mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy ) các thanh ghi trong Vi Điều NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 12 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ Khiển 89C51 được tải các giá trị thich hợp để khởi động lại .Thường khối reset kết nối chân 9 Hình 2.4 : Mạch kết nối vào chân Reset ALE (Address Latch Enable ) :Chân 30 là tín hiệu ra cho việc giải mã các kênh bus địa chỉ và dữ liệu khi sữ dụng bộ nhớ ngoài. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chíp, có thể dùng là nguồn xung nhịp hệ thống khác . EA (External Access) : Chân 31 là tín hiệu cho phép truy xuất Ram ngoại. Vi Điều Khiển 89C51 Ram bên trong của chip (4k) nên chân EA có tín hiệu mức cao (5VDC), khi dung lượng dữ liệu hơn 4K ta mở rộng bộ nhớ EA có tín hiệu mức thấp (0VDC). PSEN (Program Store Enable ) : chân 29 là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng. Khi chương trình sử dụng Rom nội PSEN ở chế độ thụ động ( mức cao ) Port 0 : Từ chân 32 đến chân 39 (hình 2.2) và các chân ký hiệu P0.0 , P0.1, ,P0.7 có hai nhiệm vụ Input/Output hoặc data buss khi mở rộng bộ nhớ. Port 1 : Từ chân 1 đến chân 8 (hình 2.2) và các chân ký hiệu P1.0, P1.1, , P1.7 có nhiệm vụ là Input/Output. Port 2 : Từ chân 21 đến chân 28 (hình 2.2) và các chân ký hiệu P2.0,P2.1, ,P2.7 có nhiệm vụ là Input/Output. Port 3 : Từ chân 10 đến chân 17 (hình 2.2) và các chân ký hiệu P3.0,P3.1, ,P3.7 có hai nhiậm vụ là Input/Output hoặc các chức năng khác (truyền nhận port nối tiếp, Ngắt ngoài, Ngõ vào timer) theo bảng sau : Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Nhận dữ liệu port nối tiếp P3.1 TXD Truyền dữ liệu port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt 0 P3.3 INT1 Ngắt 1 P3.4 T0 Ngõ vào của timer 0 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 13 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ P3.5 T1 Ngõ vào của timer 1 P3.6 WR Xung ghi dữ liệu bộ nhớ ngoài P3.7 RD Xung đọc dữ liệu bộ nhớ ngoài 2.3 TỔ CHỨC BỘ NHỚ IC ATMEL 89C51 2.3.1 BỘ NHỚ NỘI IC ATMEL 89C51 Vi điều khiển 89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard có những vùng cho bộ nhớ riêng biệt, cho chương trình dữ liệu. Chương trình và dữ liệu bên trong, dù vậy ta có thể mở rộng bằng các thành phần bên ngoài lên tối đa 64KB bộ nhớ chương trình và 64KB bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ trong bao gồm Rom và Ram, Ram chia làm ba vùng Ram : Ram đa dụng, Ram địa chỉ hóa từng bít, Các bank thanh ghi. RAM Bộ nhớ chương trình được chọn qua PSEN FFFFH Bộ nhớ dữ liệu được chọn qua WR và RD FFFFH Vùng các thanh ghi đặt biệt FFH 7FH 30H 20H 1FH 07H 0000H 0000H Vùng Ram đa dụng Vùng Ram địa chỉ hóa từng bit Các BANK thanh ghi Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 89C51 Hai đặc tính cần lưu ý là : Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác. NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 14 [...]... MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 3: BÁO CÁO QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 3.1 Cách thức thực hiện đồ án Khi thực hiện đồ án điều khiển thiết bị không dây, có hai cách để thực hiện là: - Điều khiển thông qua hồng ngoại - Điều khiển thông qua sóng FM Trong đề tài này, tôi chọn lựa điều khiển bằng hồng ngoại vì: - Điều khiển bằng hồng ngoại chi phí nhẹ hơn so với FM - Điều khiển bằng hồng ngoại nguyên lý thu... trên Board 3.2.1 Khối phát hồng ngoại từ xa Sơ đồ khối của khối phát hồng từ xa, sử dụng IC SC9148 phát tín hiệu điều khiển hồng ngoại là hình 3.1 + Khối phát hồng ngoại SC 9148 Led phát hồng ngoại Khối phím lệnh điều khiển ( bàn phím ) Hình 3.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại IC SC9148 được chế tạo theo công nghệ CMOS sử dụng trong bộ phát truyền tín hiệu điều khiển đi xa bằng hồng ngoại Tín hiệu phát đi gồm... hiệu hồng ngoại (hình 3.7) Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối phát hồng ngoại NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 31 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 3.2.2 Khối thu hồng ngoại Sơ đồ khối của khối thu hồng ngoại , sử dụng IC SC9149 thu tín hiệu điều khiển hồng ngoại là hình 3.8 SC 9149 Thu tín hiệu ngoại hồng ngoại VI ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT Khuyết đại tín hiệu Hình 3.8 Sơ đồ của khối thu hồng ngoại. .. MOC3020 sẽ sáng lên làm cho photo-triac bên trong dẫn Dòng AC sẽ dẫn qua MOC3020 và kích chân G triac BTA12 dẫn điện mở thiết bị Khi có tín hiệu điều khiển 0VDC cấp vào P2.2 tương tự đóng thiết bị Đồng thời led dùng báo hiệu thiết bị ON/OFF 3.2.4 Khối kiểm tra thiết bị AC 220 Sơ đồ mạch khối kiểm tra thiết bị AC 220 (hình 3.13) Hình 3.13 mạch kiểm tra thiết bị AC 220 sử dụng PC817 Nguyên tắc hoạt... dụng khối điều khiển từ xa Trong quá trình sử dụng bộ điều khiển từ xa có sự cố (hết pin, bị hư, ) người sử dụng vẫn có thể điều khiển thiết bị bình thường thông qua các công phím nhấn Các công phím nhấn hoạt đông tương tự như các phím trên các phím của bộ điều khiển từ xa Hình 3.14 Các phím nhấn trong chế độ không sử dụng bộ diều khiển từ xa 3.2.6 Khối nguồn Cung cấp nguồn cho khổi vi điều khiển, khối... với khối vi điều khiển 89C51(hình 3.17) Hình 3.17 Sơ đồ khối LCD 2*16 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 36 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 3.2.8 Khối Vi Điều Khiển 89C51 Sơ đồ khối vi điều khiển kết nối với các thiết bị ngoại vi (hình 3.18) Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý 89C51 liên kết với các thiết bị ngoại vi Các chân từ P1.0 – P1.7 và P2.0- P2.1 làm nhiệm vụ giao tiếp khối hiện thị LCD Các chân... đồ án đóng ngắt mạch AC cũng có hai lựa chọn là : - Rơ-le - Triac Trong đồ án này, tôi chọn lựa điều khiển bằng triac vì: - Tiết kiệm năng lượng - Tốc độ đáp ứng nhanh - Không gây ra tiếng ồn - Không tạo ra tia lửa điện trong quá trình đóng ngắt Ngoài ra, vấn đề trong đồ án ngoài điều khiển bằng không dây còn có thể điều khiển tay thông qua các công tắc và khối kiểm tra thiết bị AC có hoạt động 3.2... | D0 ?? Y GVHD TRAN V TRINH NGUYEN NGOC TRUC N SW1 | D0 ?? Y DIEU KHIEN THIET BI ON OFF 123 THUC THI Sơ đồ tổng quan của quá trình điều khiển thiết bị AC Thông qua SW1 và D0 hiển thị các lời chào lên khối LCD THUC THI là lưu đồ đi điều khiển và kiểm tra các thiết bị AC NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 40 ... D7 làm nhiệm vụ nhận dữ liệu từ khối thu hồng ngoại Các chân P2.2 – P2.4 làm nhiệm vụ điều khiển khối công suất Các chân P2.5- P2.7 làm nhiệm vụ nhận dữ liệu từ khối kiểm tra thiết bị AC Các chân INT0, INT1, IN1, IN2 giao tiếp phím nhấn trong chế độ không sử dụng bộ điều khiển từ xa NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 37 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 3.3.9 Thi công Sơ đồ nguyên lý của board... nguyên lý của khối thu hồng ngoại (hình 3.11) Hình 3.11 Sơ đồ khối thu hồng ngoại sử dụng SC 9149 NGUYỄN NGỌC TRÚC Page 33 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ 3.2.3 Khối công suất sử dụng triac Sơ đồ mạch khối công suất (hình 3.12) Hình 3.12 Sơ đồ khối công suất AC sử dụng Triac Nguyên tắc hoạt động : tín hiệu điều khiển 5VDC cấp vào P2.2 làm đèn led của opto-triac MOC3020 sẽ sáng lên . trong đồ án phần thi công là sử dụng triac và opto-triac để đóng mở thi t bị AC. Sơ đồ khối của phần điều khiển-kết nối thi t bị: Hình 1.2 Sơ đồ khối của phần điều khiển-kết nối thi t bị CHƯƠNG. TH0 8B NOT BIT ADDRESSABLE TL1 8A NOT BIT ADDRESSABLE TL0 89 NOT BIT ADDRESSABLE TMOD 88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON 87 NOT BIT ADDRESSABLE PCON 83 NOT BIT ADDRESSABLE DPH 82 NOT BIT ADDRESSABLE. ị Thi t bị Điều khiển Kiểm tra SW Manul Vi Điều Khiển và Khối hiển thị Bộ công suât AC Khối thu hồng ngoại REMOTE Hồng ngoại Các thi t bị AC Khối kiểm tra AC ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP