thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính lời nói đầu Việc ứng dụng máy tính vào kĩ thuật đo lờng điều khiển đem lại cho ngời kết u việt Trong nhiều lĩnh vực sản suất công nghiệp , ngành công nghiệp luyện kim , chế biến thực phẩm vấn đề đo khống chế nhiệt độ đặc biệt đợc trọng đến yếu tố chất lợng quan trọng Các thiết bị hệ thống đo lờng điều khiển ghép nối với máy tính có độ xác cao , thời gian thu thập số liệu ngắn , nhng điều đáng quan tâm mức độ tự động hoá việc thu thập vi xử lý kết đo Nắm đợc tầm quan trọng việc khống chế nhiệt độ em xin nhận đề tài tiến hành nghiên cứu đo khống chế nhiệt tự động máy tính có sử dụng vi điều khiển 8051 với mục đích nhằm góp phần giải đợc yêu cầu lấy làm đề tài tốt nghiệp cho Chính sau nhận đợc đề tài Thiết kế đo khống chế nhiệt độ tự động máy tính em vận dụng tất kiến thức lực tính luỹ suốt gần năm năm học nhà tr ờng nghiên cứu thêm phần xử lý 8051 để hoàn thành đợc đồ án với mong muốn sau trờng có kiến thức sâu góp phần vào phát triển nớc nhà Những kết kiến thức em tích luỹ đợc hẳn cha nhiều nên trình thực đề tài tốt nghiệp có nhiều sai sót thiếu kinh nghiệm mong đợc góp ý bổ sung thầy cô bạn đọc đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Trung tận tình giúp đỡ em để hoàn thành tốt đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng song không tránh khỏi thiếu sót , mong đợc góp ý bổ xung phê bình quý thầy cô bạn Một lần em xin chân thành cám ơn tới ngời giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Hà nội ngày tháng năm thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Sinh viên thực Phần tìm hiểu 8051 Chơng I Bộ vi điều khiển 8051 I/ Tổng quan vi điều khiển 8051 1)Định nghĩa : Bộ vi điều khiển 8051 hay gọi vi xử lý đợc cấu tạo vi mạch số mật độ cực lớn làm việc theo chơng trình tức theo nguyên tắc nhận lệnh từ bên thực lệnh Bộ vi xử lý hệ thống thao tác bit 1, nhng thân hệ thống không giải đợc vấn đề cả, mà toán đợc giải vi xử lý thực tất chơng trình ứng dụng mà ngơi lập trình đa vào 2) Sự phát triển điều khiển 8051 Sự phát triển kĩ thuật vi xử lý gán liền với phát triển vi điều khiển Intel hãng sản xuất vi sử lý hãng có vi điều khiển lớn phong phú thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Trong họ vi điều khiển bít hàng đầu 8051 có số lợng lớn có nhiều hãng cung cấp Nhà cung cấp lầ nhà sản xuất bên cạnh nhà sáng chế vi điều khiển 8051 nhà sáng chế Intel Nhng hiên có nhiều hãng cung sản xuất Các hãng gồm Intel , Atmel , Philips/ Signetics , AMD , Simens , Matra , Pallas Năm 1981 hãng Intel cho mắt vi điều khiển đợc gọi 8051 Bộ vi điều khiển vi mạch tổng quát họ MCS 51 , vi điều khiển có thống số đặc trng nh sau - 4KB ROM - 128 byte RAM - port xuất nhập ( cổng vào/ra) 8bít - 2bộ định thời 16 bít - Mạch giao tiếp nối tiếp - Không gian nhớ chơng trình ( mã) 64K - Bộ xử lý bít - 210 vị trí nhớ đợc định địa , vị trí bít - Nhân / chia 4às 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán biến dạng 8051 nhng với điều kiện họ phải mã chơng trình tơng thích với 8051 hãng sản xuất khác nên tốc độ dung lợng nhớ ROM chíp khác nhng tất lệnh tơng thích với 8051 ban đầu Các thông số 8051 Đặc tính ROM RAM Bộ định thời Chân vào / Cổng nối tiếp Nguồn ngắt Số lợng 4K byte 128 byte 32 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính 3) Sơ đồ chức 8051 Bộ vi điều khiển 8051 thành viên họ 8051 bao gồm thành phần sau : Bộ vi sử lý , nhớ thiết bị vào ra mạch phụ trợ khác tuỳ theo loại vi điều khiển 8051 Ngắt Đ/khiển ngắt ETC ROM On chip chơng trình Timer0 RAM on chip Timer1 cổng vào Cổng nối tiêp Vào Bộ đếm CPU Bộ tạo dao động Bus điều khiển sơ đồ khối vi điều khiển 8051 * CPU TXDhoạt RXD P1 đIều P2 Pkhiển Còn đợc gọi xử lý trung tâmP0nó động hệ liệu hoạt động theo chơng trình đIều khiểnĐịa có sẵn * Bộ nhớ Bộ nhớ nơi chứa chơng trình liệu bao gồm có nhớ nhớ + Bộ nhớ bao gồm thành phần ROM RAM ROM ( Read only memory ) : Là nhớ cố định có đặc điểm thông tin đọc thông tin thông tin không bị mất điện Bộ nhớ ROM thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính đợc dùng để chứa chơng trình chứa chơng trình điều hành hay chơng trình hớng dẫn RAM ( .) nhớ động có đặc điểm thông tin ghi đọc ra cách tuỳ ý thông tin bị mất điện RAM đợc sử dụng để nạp phần lại hệ điều hành từ đĩa khởi động nạp vào chơng trình ứng dụng từ nhớ ngoài, lu trữ số liệu trạng thái hệ thống trình làm việc + Bộ nhớ gồm băng từ, đĩa từ đợc sử dụng nhiều giá thành rẻ đợc dùng để lu trữ thông tin liệu Cổng vào + Thực trao đổi thông tin CPU với thiết bị ngoại vi nh bàn phím, chuột máy in + Để tránh cho CPU nhiều thời gian cho cổng vào/ máy tính ngời ta sử dụng xử lý giá thành thấp, chuyên dụng cho cổng vào/ Vì CPU bận xử lý vào làm công việc Các Bus Các đờng dây dùng để truyền song song tín hiệu có chức có loại Bus sau + Bus địa chỉ: Là hệ thống dây dẫn song song mà CPU cần tới để xác định địa chỏ thành phần qúa trình làm việc + Bus liệu: Là hệ thống đờng truyền song song đợc dùng để trao đổi liệu CPU với thành phần bên thành phần với + Bus điều khiển: Gồm đờng dây dùng để truyền tín hiệu điều khiển cần thiếu giúp cho CPU điều khiển việc trao đổi liệu, xử lý cố đồng toàn hệ thống II/ Sơ đồ, chức chân 8051 1) Sơ đồ chân 8051 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính 40 30pF 19 Vcc P07 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00 XTAL 12MHZ 30pF 18 29 30 31 RD WR T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD 17 16 15 14 13 12 11 10 XTAL 8051 PSEN P17 P16 P15 P14 P13 P12 P11 P10 ALE EA RST P37 P36 P35 P34 P33 P32 P31 P30 Vss P27 P26 P25 P24 P23 P22 P21 P20 32 33 34 35 36 37 38 39 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 28 27 26 25 24 23 22 21 AD15 AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 20 2) Chức chân 8051 - Chíp 8051 có 40 chân có 32 chân có công dụng xuất/ nhập nhiên 24 32 chân có mục đích sử dụng Mỗi chân hoạt động xuất/nhập nh đờng địa chỉ/dữ liệu bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, 32 chân hình thành port bít chân cho bort sử dụng nh đơn vị giao tiếp song song nh máy in, biến đổi DA - Các chân lại dành cho nguồn V cc , đất GND, chân dao động XTAL1 3) Nhóm chân cổng vào Bốn cổng vào Port0, Port1, Port2, Port3, đèu có chân tạo thành cổng bít Khi Reset tất cảc cổng làm nhiệm vụ đầu để làm nhiệm vụ đầu vào cần phải lập trình a) Cổng Port Cổng Port0 Có chân (Chân từ 32 đến 39) bình thờng cổng ra, vào nhng có hai tác dụng thiết kế tối thiểu Port đợc sử thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính fụng làm nhiệm vụ xuất nhập thiết bị lớn Port trở thành bus địa bus liệu đa hợp b) Cổng Port Cổng Port có chân ( Các chân từ đến 8) chân có tác dụng dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi (làm đờng xuất nhập làm ngõ vào cho mạch dịch thời thứ 3) Để chuyển cổng port thành đầu vào cần lập trình cách ghi đến tất bít cổng c) Cổng port Cổng Port có chân( từ chân 24 đến chân 28) đợc sử dụng làm đầu vào đầu Cổng có hai chức chuyển địac hỉ liệu, byte địa cao bus địa 16 bít cho thiết kế có nhớ chơng trình d) Cổng Port Cổng Port có chân từ chân 10 đến chân 17 Cổng đợc sử dụng làm đầu vào đầu Khi không làm nhiệm vụ xuất nhập có chức riêng liên quan đến đặc trung cụ thể 8051 , nhiên cổng Port3 có chấc quan trọng khác cung cấp số tín hiệu đặc biệt chẳng hạn nh ngắt Bảng chức cổng Port3 Bít Tên Địa bít Chức P3.0 RXD B0H Chân nhận liệu Port nối tiếp P3.1 TXD B1H Chân phát liệu Port nối tiếp P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt P3.4 T0 B4H Ngõ vào định thời / đếm P3.5 T1 B5H Ngõ vào định thời / đếm P3.6 WR B6H Điều khiển ghi nhớ liệu P3.7 RD B7H Điều khiển đọc nhớ liệu 4) Nhóm chân nguồn dao động điều khiển a) Nhóm chân nguồn + Chân Vcc: Chân 40 cung cấp điện áp nguồn +5V cho chíp + Chân GND: Chân số 20 cung cấp nguồn âm (là chân mát) b) Nhóm chân dao động thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Nhóm chân XTAL1 XTAL2 chân 18 19 chíp 8051 có môt dao động đồng hồ bên dùng để kích hoạt hai chân cần đợc nối với dao động thạch anh va đợc mắc với tụ ổn định tần số dao động cho thạch anh Tần số danh định thạch anh 12 MHz cho tất họ vi điều khiển 8051 Bộ dao động tạo xung đồng hồ không thiết dao động dùng thạch anh mà dùng dao động TTL dao động đợc nối tới chân XTAL1 chân XTAL2 để hở c) Nhóm chân điều khiển + Chân RESET ( chân số ) chân khởi động lại trạng thái ban đầu hệ thống Khi có xung cao đặt tới chân vi điều khiển 8051 kết thúc hoại động tiến hành khởi động lại Quá trình xảy hoàn toàn tơng tự nh bật nguồn giá trị ghi bị xoá hết + Chân EA ( Chân số 31 ) Là chân truy xuất đợc nối với +5V có mức logic1 nối đất có mức logic Nếu có mức logic thực thi chơng trình ROM Nếu có mức logic chân PSEN mức chơng trình cần thực thi chứa nhớ chíp nhớ chơng trình + Chân PSEN (chân 29 ) Là chân có chức cho phép cất chơng trình cho phép nhớ chơng trình cung cấp cho ta tín hiệu điều khiển bus tín hiệu xuất chân tín hiệu cho phép truy xuất nhớ chơng trình đợc nối với OE Tín hiệu PSEN mức logic thực thời gian tìm nạp lệnh Tín hiệu PSEN mức logic thực chơng trình chứa ROM + Chân chốt địa ALE ( Chân 30 ) Là chân có mức tích cực cao chân xuất tín hiệu cho phép xuất địa ALE Khi pỏt đợc chọn làm bus địa / liệu thi chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa sau chốt chân port xuất / nhập liệu hợp lệ suốt 1/2 thứ chu kì nhớ thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Chân ALE đợc sử dụng để phân kênh địa liệu cách nối tới chân G chíp 74LS373 Tín hiệu ALE có tần số 1/6 tần số mạch dao động , chân ALE dùng làm chân nhận xung ngõ vào lập trình cho EDROM 5) Cấu trúc port xuất nhập sơ đồ mạch bên port xuất / nhập 1k 8051 internal bus Read latch D Write Q 5V +VVcc internal Pull-up NJFET Read Pin Port Pin Port latch to latch Việc ghi đến chân port nạp dung lợng vào chốt port , ngõ Q chốt điều khiển trạm trờng transitor nối với chân port Khả fan out port , tải vi mạch TTL loại Schottky công suất thấp tải loại Shottky công suất thấp Trong 8051 internal bus : Đờng truyền bên 8051 Read latch : Đọc chốt Internal pull up : Kéo lên bên Read pin : Đọc chân port port pin : Chân port Write to latch : Ghi vào chốt thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính 6) Truy suất nhớ chơng trình Bộ nhớ chơng trình nhớ đọc đợc cho phép tín hiệu PSEN Khi có EPROM ngoaì đợc sử lý port không port xuất nhập Sơ đồ 8051 truy xuất với nhớ Port0 8051 EA D ALE G D0 ữ D7 RAM (1kbyte) A0 ữ A7 Q Port2 A18ữA15 PSEN OE Khi nhớ đợc sử dụng port không làm nhiệm vụ port xuất / nhập , port trở thành bus địa ( A ữ A7 ) bus liệu ( P ữ P7 ) đa hợp Ngõ ALE chốt byte thấp địa thời điểm bắt đầu chu kỳ nhớ Còn port thờng đợc dùng làm byte cao bus địa Sự xắp xếp đa hợp có hoạt động 1/2 chu kỳ đầu chu kỳ nhớ , byte thấp địa đợc cung cấp port đợc chốt nhờ tín hiệu ALE Mạch chốt 74HC374 giữ cho byte địa ổn định chu kỳ nhớ Trong 1/2 chu ky sau chu kỳ nhớ port đợc sử dụng làm bus liệu liệu đợc đọc hay ghi 7) Truy suất nhớ liệu Port0 D ữD 8051trúc truy suất 8051 vói nhớ Sơ dồ cấu dữ7 liệu RAM AE D ALE G P2.0 P2.1 RD WR PSEN Q (1kbyte) A0 ữ A7 A8 A9 OE W CS NC 10 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính 20 19 Vin(+) Vin(-) AGND Vref/2 CLKR D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vcc CLKin CS RD 10 DGND 18 17 16 15 14 13 12 11 WR INTR Khi sử dụng vi mạch ADC0804 để đo dải nhiệt độ vi mạch sử dụng để tạo nên biến đổi A/D bít với tính chuyển đổi đợc dải đo modul sở quy định lối vào lối tơng thích TTL Các bít liệu từ D0 ữ D7 đợc truyền qua cổng nối tiếp cần thêm xung Low để khởi tạo cho liệu đợc gửi đợc tạo nhờ đờng dẫn liệu lối D0 modul 2.4) Chíp ADC 808/809 , kênh tơng tự Một chíp CMOS hữu ích hãng Nationnal Semiconductor ADC 808/809 giống với chíp 0804 nêu Nhng khác chíp có kênh đầu vào tơng tự làm việc độc lập với Cho nên cho phép giám sát đồng thời cảm biến( Nó có đầu liệu bít nh 0804, kênh đầu vào tơng tự đợc đầu chon nhờ chân địa BC nh dới) Các thông số kỹ thuật chíp ADC 808/809 Không đòi hỏi điều chỉnh mức Quét động kênh logíc địa Tát tín hiệu tơng thích với TTl Dải tần số xung clock : (10Khz ữ 1280Khz) Dòng tiêu thụ : 0,3 mA 17 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Thời gian chuyển đổi: 100às Dễ dàng giao tiếp với vi xử lí dung riêng Tốc độ chuyển đổi không phụ thuộc vào tần số xung Điện áp nguồn nuôi : +5V Điện áp ngõ vào tín hiệu tơng tự : (0 ữ 5V) Điện áp ngõ vào tín hiệu tơng tự : (0 ữ 5V) Sơ đồ chân ADC 808/809 10 26 27 28 12 16 IN0 GND IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 CLOK Vcc D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vref(+) EOC Vref(-) OE Sart ALE 22 A 17 14 15 18 19 20 21 B C 25 24 23 ý nghĩa chân - chân đầu vào (IN0 ữ IN7) cho vào tín hiệu tơng tự đợc điều khiển chân địa A,B,C 18 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính - chân A, B, C chân địa dùng để chọn lọc tín hiệu đầu vào IN0` ữ IN7 - chân đầu (D0ữD7) chân liệu đầu bít song song - Chân ALE (chân 22) chân cho phép chốt địa cách đa xung thấp lên cao để chốt địa - Chân Start ( chân 6) chân xung bắt đầu chuyển đổi - Chân CLK ( chân 22) chân xung đồng hồ - Chân VREF (Chân 12 cho Vref +, chân 16 cho Vref-) chân điện áp tham chiếu (+) (-) - Chân OE ( chân 9): Khi chân mức logíc cao ADC 0809 cho số liệu chân liệu D0ữD7 - Chân EOC (chân 7) + Nếu EOC mức thấp ADC 0809 bắt đầu trình lấy mẫu + Nếu EOC mức cao ADC 0809 báo số liệu đầu sẵn sàng C 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A 1 1 Kênh lối vào đợc chọn IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 ADC 0808/ 0809 có kênh nối vào tơng tự đợc dẫn đến chân IN0 đến IN7 đờng dẫn liệu bít từ D ữ D7 Do ta có tể chạo chân lối vào để thực chuyển đổi từ tơng tự sang số Mẫu bít lối vào 19 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính địa A,B,C xác định xem kênh phải đợc lựa chọn việc lựa chọn tuân thủ theo bảng trạng tháisau Nguyên tắc làm việc chíp ADC 0808/0809 Sau kích hoạt sờn dơng xung chân start chíp ADC 0808/0809 để chốt tín hiệu chọn lệnh làm việc đố trình lấy mẫu bắt đầu làm việc sau sờn dơng xung chân Start chíp ADC 0808/0809 điều khiển tín hiệu chân EOC xuống mức thấp để báo bắt đầu trình lấy mẫu sau khoảng thời gian cỡ 100às trình lấy mẫu kết thúc tín hiệu chân EOC lên mức cao để báo số hiệu đầu sãn sàng Khi nhận đợc tín hiệu EOC lên mức cao tín hiệu OE phải lên mức cao liệu đợc đa đầu từ D0 ữD7 Khi ta thay đổi tín hiệu A,B,C chíp ADC 0808/0809 trích mẫu lần lợt kênh lối vào tín hiệu tơng tự tín hiệu lấy mẫu kênh 125às Nếu kênh lối vào hoạt động lúc tín hiệu lấy mẫu 125àx8=1ms Do để chứa ADC 0808/0809 làm việc ổn định chân VREF + = +5v chân VREF- = 0v đồng thời phải đa xung đồng hồ riêng tới chân CLK chíp 3) Mạch khuyếch đại tín hiệu Bộ khuyếch đại thuật toán ( khuyếch đại tín hiệu ) ngày đợc sử dụng phổ biến đợc đóng thành khối có sẵn có chứa khuyếch đại thuật toán , từ 1,2 khối gọi khuyếch đại thuật toán 3.1) Bộ khuyếch đại thuật toán TL084 TL 084 khuyếch đại thuật toán kép Vi mạch tỏ đặc biệt thích hợp tích phân nhánh khuyếch đại , lọc tích cực máy đo Dải điện áp nguồn nuôi + 3v +18v Điện áp offset VOS (max )15mV Dòng tĩnh lối vào IB (max) 400pA Độ rộng giải khuyếch đại GWB 3MHz 20 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Tốc độ tăng điện áp 13 V/ às Điện trở lối vào > 102 Dòng tiêu thụ (max) 11,2mA Sơ đồ xếp chân khuyếch đại thuật toán 14 OUT D OUT A -IN A 13 -IN D +IN A 12 +IN D V+ TL 804 11 V- +IN B 10 +IN C -IN B OUT B -INC OUT C Sơ đồ mạch khuyếch đại Tính toán chọn linh kiện Khi t0 300 sensor nhiệt cho điện áp 3v t0 800 sensor nhiệt cho điện áp 3,5v 21 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Nh đợc ấn định mạch cảm biến nhiệt LM335 ta có U vào = 3v diện áp đợc đa vào tầng khuyếch đại có hệ số khuyếch đại K = nhằm tăng đợc trở khánh đầu vào cho tầng khuyếch đại điện áp thứ U1 = K1 Uvào = 3V Tầng thứ mạch trừ có hệ số khuyếch đại K 2= R2 R = R1 R3 R6 biến trở có nhiệm vụ điều chỉnh giá trị điện áp U = 3v nhiệt độ cần đo 300C R6 = 4,7 K +R6 R6 = ì 4,7 K = 7,05 K Do ta chọn R6 =10 K Theo giá trị mà ta ấn định nhiệt độ 80 0C điện áp Sensor nhiệt 3,5V điện áp đầu vào cố định 5V Do ta xác định hệ số khuyếch đại tầng thứ K2 U = K ì (U1 U ) K2 = U0 = = 10 U1 U 3,5 mà Ta chọn K2 = R2 R4 = = 10 R1 R3 R2 = R4 = 10 K R1 = R3 = 1K 22 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Chiết áp R7 có nhiệm vụ điều chỉnh giá trị offset mạch tầng thứ có hệ số khuyếch đại K = 10 tầng đợc kích hoạt nhằm tăng khả khuyếch đại tín hiệu mạch đầu vào mà ta cần mở rộng dải nhiệt độ đo Hệ số khuyếch đại tầng Ktổng = K1 x K2 x K3 = x 10 x10 =100 lần 3.2) Bộ khuyếch đại thuật toán LM324 Vi mạch LM324 chứa tầng khuyếch đại thuật toán vỏ 14 chân linh kiện tỏ lý tởng ứng dụng dùng nguồn nuôi đơn giản sẵn sàng hoạt động từ điện áp nguồn nuôi 3V 15V vi mạch đực biệt thích hợp với mạch điện dùng nguồn nuôi pin Mỗi khuyếch đại đợc bù trừ bên Các thông số bên Điện áp nguồn nuôi : 3v ữ15v Điện áp offset Vos(max) : 7mV Dòng tĩnh lối vào IB(max) : 250nA Dải điện áp lối (nhỏ nhất) : 20mA UB 4,78V RL 2k Dòng tiêu thụ(max) : 3mA Sơ đồ xếp chân khuyếch đại thuật toán 23 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính OUT A -IN A +IN A +V +IN B -IN B OUT B LM 324 14 OUT D 13 -IN D 12 +IN D 11 -V 10 +IN C -IN C OUT C Sơ đồ mạch khuyếch đại Việc tính toán tơng tự nh khuyếch đại TL084 Bộ khuyếch đại LM324 có công suất nhỏ TL084 Do mạch cần có công suất lớn ta không dùng LM324 đề tài ta họn khuyếch đại TL084 4) Mạch chốt liệu 74LS374 IC có nhiệm vụ chốt bit liệu địa kênh báo hiệu 24 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Sơ đồ cấu tạo chân IC 74LS374 0C Vcc 20 Q0 Q7 19 D0 D7 18 D1 D6 17 Q6 16 Q1 74 LS374 Q2 Q5 15 D2 D5 14 D3 D4 13 Q3 Q4 12 10 GND CLK 11 Chức chân Chân(3,4,7,8,13,14,17,18) chân bít địa liệu đầu vào Chân (2,5,6,9,12,15,16,19) chân để đa liệu để điều khiển phần tử chấp hành Chân 11 : Chân nhận xung đồng hồ điều khiển Chân1 : Chân nhận tín hiệu điều khiển chốt Chân10: Chân đất Chân 20: Chân nối với (+) nguồn Sơ đồ mạch điện 25 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính 12V +V AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 OC1 13 14 17 18 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 74LS374 12 15 16 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 19 Q7 12VSPDT RELAY 12V NPN C828 OC 11 CLK Nguyên tắc làm việc Trong trình so sánh nhiệt độ đo với nhiệt độ đặt , nhiệt độ đo đợc mà lớn nhiệt độ đặt tín hiệu báo hiệu đợc truyền cổng liệu chíp vi sử lý 8051 đợc đa vào chân 3,4,7,8,13,14,17,18 IC74LS374 sau có bít mức logic cao tác động vào chân 11 để đa tín hiệu điều khiển chân 2,5,6,9,12,15,16,19 tơng ứng bít D0 , D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 , D7 dùng điều khiển để mở thông tran C828 , cho tran C828 điều khiển cấu chấp hành bên Relay điện từ có nguồn 12v nhng dùng phần tử khác thay Relay 5) Mạch cảm biến nhiệt độ Để đo đợc nhiệt độ ta có nhiều phơng pháp đo nh cặp nhiệt điên, cảm biến nhiệt sử dụng IC nhiệt điện trở kim loại, cảm biến thạch anh cặp nhiệt độ có nhiều u điểm độ xác cao, giải nhiệt độ sử dụng lớn từ 2000C 1700 C, thời gian đáp ứng nhanh, giá thành phải 26 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Ngoài đờng đặc trng xem nh tuyến tính dải tuyến tính xác định Còn IC đô nhiệt độ mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dới dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính nhạy cảm chất bán dẫn với nhiệt độ để tạo điện áp dòng điện, tỉ lệ thuận với nhiệt độ Do đo đợc tín hiệu ta biết đợc giá trị nhiệt độ cần đo Để đo đợc xác tất nhiên ta cần đầu đo tính hợp Đầu đo cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển nhiệt độ thành tín hiệu điện để đa vào thiết bị ghép nối khác mạch nh ta nêu có nhiều phơng pháp đo nhiệt độ nhng dựa vào điều kiện thực tế phơng án thiết kế đề tài dựa vào lí thuyết mạch cần thiết kế ta định dùng phơng pháp IC cảm biến nhiệt độ Các IC cảm biến nhiệt độ có độ xác cao, Dễ tìm, giá thành rẻ Các IC cảm biến nhiệt độ có nhiều loại nh họ LM, DS1620 nhng yêu cầu hệ thống cần sử dụng cảm biến nhiệt độ có nhiệt độ làm việc từ 0C100oC đợc đaay ta nêu IC họ LM làm IC cảm biến nhiệt cho mạch mà ta cần thiết kế điển hình IC LM35, LM34 LM135 a) Sơ lợc đo nhiệt độ đầu đo LM35 Đầu đo LM35 đầu đo đặc biệt có độ xác cao mạch điên sử dụng đầu đo có tên LM35 hãng NTSC đầu đo nhiệt độ đơn giản có điện áp lối tỉ lệ thuận với nhiệt độ đầu đo tính độ C ( celsius ) Đầu đo LM35 không cần đến linh kiện mạch không cần chuẩn lại nhiệt độ khác Đầu đo LM35 hoạt động với điện áp nguồn nuôi đối xứng không đối xứng Dòng điện tiêu thụ cỡ 60àA nên bỏ qua tăng nhiệt độ đầu đo dùng nuôi tạo Sơ đồ vi mạch LM 35 4V ữ 30V 10mV/0C LM 35 GND 27 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Các thông số vi mạch LM 35 - Định thang trực (0C) - Tính hiệu lối 10mV/0C - Độ xác đợc đảm bảo không hơn: 0,50C - Độ xác vùng nhiệt độ phòng: 0,250C - Điện áp nguồn nuôi 4v 30V - Dòng điện tiêu thụ 60 àA - Mức độ không tuyến tính: Loại 0,250C Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt họ LM 35 Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ xác Đầu LM 35 A -550C ữ 1500C + 10C 10MV/C LM 35 -550C ữ 1500C + 1,50C 10MV/C LM 35 CA -400C ữ 1100C + 10C 10MV/C LM 35 C -440C ữ 1100C + 1,50C 10MV/C C ữ 1000C + 20C 10MV/C LM 35 D b)Sơ lợc đo nhiệt độ đầu đo LM 34 LM 34 họ cảm biến nhiệt tích hợp có độ xác cao, điện áp đầu tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ Fahrenheit Họ LM 35 không yêu cầu chỉnh bên thân vi mạch đợc chỉnh họ có điện áp thay đổi 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ 10F Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt họ LM 34 28 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ xác Đầu LM 34 A -550F ữ 3000C + 20 F 10MV/C LM 34 -550F ữ 3000C + 30 F 10MV/C LM 34 CA -400F ữ 2300C + 20 F 10MV/C LM 34 C -440F ữ 2300C + 30 F 10MV/C LM 34 D -320F ữ 2120C + 40 F 10MV/C 6) Môdul sở vào/ bít với MAX 232 MAX 232 modul sở dùng đê ghép nối tiếp máy tính với thiết bị vào bít Modul chứa vi mạch MAX 232 hãng MAXIM để thích ứng tínhiệu mức(+12V,-12) giao diện S 232 Vi mạch nhận mức RS 232 đợc gửi từ máy tính biến đổi tín hiệu thành tín hiệu TTL Do modul cho phép đọc vào nh đa tín hiệu TTL qua giao diện nối tiếp máy tính PC Sơ đồ chân vi mạch MAX 232 Vcc 1u + 1uF 16 T1 in 11 14 T1 out 12 13 R1 in 10 T2 out R2 in R1 out T2 in R2 out + + + 15 29 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Vì RS 232 không tơng thích với vi xử lý điều khiển nên ta cần điều khiển đờng truyền (chuyển đổi điện áp ) để chuyển tín hiệu RS 232 mức điện áp TTL đợc chân TxD va RxD 8051 chấp nhận Bộ MAX 232 chuyển đổi từ mức điện áp RS 232 vè TTL ngợc lại, điểm khác chíp MAX 232 dùng điện áp nguồn +5V với điện áp nguồn nuôi 8051 MAX 232 có điều khiển đờng truyền nhận truyền liệu (nh sơ đồ trên).Các điều khiển đờn truyền dùng cho TxD đợc gọi T1 T2 nhiều ứng dụng có cặp đợc dùng Ví dụ T1 R1 đợc dùng với trờng hợp TxD 8051 cặp E T2 không dùng đến Chú ý điều khiển T1 chíp MAX 232 có T1 IN T1 OUT chân 11 14 tơng ứng.Chân T1 IN phía TTL đợc nối tới chân RxD vi điều khiển T1 OUT phía RS 232 đợc nối tới chân RxD đầu nối DB RS 232 Bộ điều khiển đờng R1 có gán R1 IN R1 OUT chân số 12 13 tơng ứng.Chân R1 IN (chân số 13) phía RS 232 đợc nối tới chân TxD đầu nối DB RS 232 chân R1 OUT (chân số 12) phía TTL đợc nối tới chân RxD viđiều khiển Nếu nối ghép modem rỗng nối hép mà chân bên phát đợc nối với bên thu ngợc lại MAX 232 cần có tụ điện giá trị từ đến 22àF nhng thờng dùng 22àF ta chọn tụ 22àF Sơ đồ mạch ghép 8051 với MAX 232 RS 232 11 8051 P (TxD) 3.1 10 P 3.0 MAX232 (RxD) 5 DB 30 thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ máy vi tính Chíp 8051 có chân chuyên đợc dùng chuyên cho truyền nhận liệu nối tiếp Hai chân RxD TxD phần cổng Port (đó P3.0 P3.1 tơng ứng) P3.0là chân số 10 8051 P3.1 chân số 11 Các chân tơng thích với mức logic TTL P cần có điều khiển đờng truyền để tơng thích với RS 232 chíp MAX mà ta trình bày 31 [...]... Các hệ thống đo và khống chế nhiệt độ Chơng I : Sơ lợc về hệ thống cần thiết kế I/ Chỉ tiêu kĩ thuật - Thông số cần đo và khống chế là ( 300C ữ 800C ) 11 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính - Sai số là 10 II / Mô hình và nguyên tắc hoại động của hệ thống a) Mô hình Bộ cảm biến nhiệt Nhiệt độ Phần tử chấp hành K đại chuyển đổi Máy tính ADC 8051 b) Nguyên tắc hoạt động Khi nhiệt. .. 5) Mạch cảm biến nhiệt độ Để đo đợc nhiệt độ ta có rất nhiều các phơng pháp đo nh là cặp nhiệt điên, cảm biến nhiệt sử dụng IC nhiệt điện trở kim loại, cảm biến thạch anh ở đây cặp nhiệt độ có rất nhiều u điểm là độ chính xác cao, giải nhiệt độ sử dụng lớn có thể từ 2000C 1700 C, thời gian đáp ứng nhanh, giá thành phải chăng 26 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính Ngoài ra đờng... tăng nhiệt độ đầu đo dùng nuôi tạo ra Sơ đồ vi mạch LM 35 4V ữ 30V 10mV/0C LM 35 GND 27 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính Các thông số của vi mạch LM 35 - Định thang trực tiếp theo (0C) - Tính hiệu lối ra bằng 10mV/0C - Độ chính xác đợc đảm bảo không kém hơn: 0,50C - Độ chính xác trong vùng nhiệt độ phòng: 0,250C - Điện áp nguồn nuôi 4v 30V - Dòng điện tiêu thụ 60 àA - Mức độ. .. nguồn Sơ đồ mạch điện 25 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính 12V +V AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 OC1 3 4 7 8 13 14 17 18 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 74LS374 2 5 6 9 12 15 16 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 19 Q7 12VSPDT RELAY 12V NPN C828 1 OC 11 CLK Nguyên tắc làm vi c Trong quá trình so sánh giữa nhiệt độ đo với nhiệt độ đặt , nếu nhiệt độ đo đợc mà lớn hơn nhiệt độ đặt thì tín hiệu báo... thích của TTL và làm dễ dàng vi c trao đổi thông tin với các thành vi n khác tơng ứng Sơ đồ chân TTL 549 1 3 2 4 REF+ Dout REF- Clook AIN GND Vcc 6 7 8 5 15 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính Các thông số kĩ thuật đặc trng cho vi mạch TLC549 Độ phân giải 8 bít Có lối vào điện áp so snhs vi phân Thời gian biến đổi 17às Lấy mẫu và giữ trên chíp Thời gian giữ nhịp hệ thống bên trong... chính xác cao, điện áp đầu ra tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ Fahrenheit Họ LM 35 không yêu cầu căn chỉnh bên ngoài vì bản thân vi mạch đã đợc căn chỉnh rồi họ này có điện áp ra thay đổi 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ 10F Thông số kỹ thuật chính của cảm biến nhiệt họ LM 34 28 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra LM 34 A -550F ữ 3000C... toán và chọn linh kiện Khi ở t0 300 sensor thì nhiệt cho điện áp 3v t0 800 sensor thì nhiệt cho điện áp 3,5v 21 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính Nh đã đợc ấn định ở mạch cảm biến nhiệt LM335 do vậy ta có U vào = 3v diện áp này đợc đa vào tầng khuyếch đại đầu tiên có hệ số khuyếch đại K 1 = 1 nhằm tăng đợc trở khánh đầu vào cho tầng khuyếch đại điện áp thứ 2 U1 = K1 Uvào =... đo tính hợp Đầu đo là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển nhiệt độ thành tín hiệu điện để đa vào các thiết bị ghép nối khác trong mạch do vậy nh ta đã nêu ở trên có rất nhiều phơng pháp đo nhiệt độ nhng dựa vào các điều kiện thực tế của phơng án thiết kế trong đề tài này và dựa vào cả lí thuyết của mạch cần thiết kế ta quyết định dùng phơng pháp do bằng IC cảm biến nhiệt độ Các IC cảm biến nhiệt. .. Giải điện áp đặt vào này có thể đạt đến là 5 V Các thông số kĩ thuật của vi mạch ADC 0804 + Bus dữ liệu 8 bít + Có lối vào Analog vi phân + Dải điện áp tín hiệu Analog lối vào là 0 ữ 5 V + Điện áp nguồn nuôi là 5 V + Dòng tiêu thụ la 1,9 mA + Bộ phát xung nằm trên chíp Sơ đồ chân của vi mạch ADC 0804 16 thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính 20 6 7 8 9 19 4 Vin(+) Vin(-) AGND Vref/2... tiếp với máy tính qua cổng RS232 ( com 1 hoặc com 2 ) thực hiện các chức năng đo và khống chế nhiệt độ nh yều cầu của đề tài đặt ra và vi t chơng trình điều khiển cho card bằng các ngôn ngữ sau - ASSENI BLER - C ( C thờng ) - Visual bazisc Chơng II : Thiết kế phần cứng của hệ thống I/ Sơ lợc về các khối của hệ thống cần thiết kế Bộ cảm biến nhiệt ( Sensor ) Bộ cảm biến là nơi tiếp nhận và sử lý