BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THIẾT KẾ-THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG SVTH :NGUYỄN HỒNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ GVHD:LÊ THANH ĐẠO TP.HỒ CHÍ MINH 3-2000 Trang 1 Trang 2 LỜI CẢM TẠ Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Thanh Đạo đã tận tình hướng dẫn và giúp đơ chúng em trong suốtthờigian thực hiện luận văn . Xin cảm ơn qúi thầy côKhoa Điện và các bạn sinh viên cùng khóa đã đóng góp những ý kiến qúi báo để tập luậnvănnàyhồn thành đúng thời gian. Nhóm sinh viên thực hiện. LỜI NÓI ĐẦU Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công nghiệp luyện kim, chề biến thực phẫm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biệt được chú trọng đến vì nó là một yếu tố quyết định chất lượng sản phẫm. Nắm được tầm quan trọng của vấn đề trên nhóm thực hiện tiến hành nghiên cứu và thiết kế một hệ thống đo và khống chế nhiệt độ tự động, với mong muốn là giải quyết những yêu cầu trên, và lấy đó làm đề tài tốt nghiệp cho mình. Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ luận văn cuối khóa. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tồi nghiên cứu, để có thể hồn thành tốt luận văn này. Những sản phẫm những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có vì lớn lao. Nhưng đó là những thành quả của năm học tập. Là thành công đầu tiên của chúng em trước khi ra trường . Mặt dù chúng em rất cố gắng để hồn thành tập luận văn này đúng thời hạn, nên không tránh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm. Chúng em mong được đón nhận những ý kiến đóng góp. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn quí thầy cô và các bạn sinh viên. Nhóm sinh viên thực hiện NGUYỄN HỒNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ Trang 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Trang 4 Trang 5 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP_ TỰ DO _HẠNH PHÚC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN _ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Vũ__Nguyễn Thanh Vũ Lớp : 95 KĐĐ Ngành : điện _điện tử 1.Tên đề tài : KHẢO SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN_THIẾT KẾ_THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG. 2. Các số liệu ban đầu : 3.Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn : 4.Các bản vẽ : 5.Giáo viên hướng dẫn : LÊ THANH ĐẠO 6. Ngày giao nhiệm vụ : 7.Ngày hồn thành nhiệm vụ : Thông qua bộ môn. Ngày___tháng___năm___ Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn Trang 6 MỤC LỤC Trang A_PHẦN GIỚI THIỆU  TRANG TỰA  NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  LỜI NÓI ĐẦU  LỜI CẢM ƠN B_PHẦN NỘI DUNG 1 Chương 1: DẪN NHẬP 1 I.ĐẶT VẤN ĐỀ 1 II.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1 Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 3 I.GIỚI THIỆU 3 II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 3 III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051/8031 4 Chương 3: KHẢO SÁT IC GIAO TIẾP NGOẠI VI 8255A 38 I.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 38 II.CẤU TRÚC PHẦN MỀM 40 III.GIAO TIẾP GIỮA VI XỬ LÝ VỚI 8255A 42 Chương 4: KHẢO SÁT BỘ NHỚ BÁN DẪN 43 I.BỘ NHỚ CHỈ ĐỌC (ROM : READ ONLY MEMORY) 43 II.BỘ NHỚ RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) 46 Chương 5: ĐO NHIỆT ĐỘ 48 I.HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 48 II.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 49 Chương 6: CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ 51 I.KHÁI NIỆM CHUNG 51 II. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI AD 51 III.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI ADC 52 Chương 7: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 56 Trang 7 I.NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 56 II.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 56 III.THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHỐI 56 IV.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH 71 V.THI CÔNG 89 CHƯƠNG KẾT LUẬN 83 C_PHỤ LỤC – TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 I.PHỤ LỤC 85 II.TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 8 Chương 1:DẪN NHẬP I.ĐẶT VẤN ĐỀ : Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống. Dây chuyền sản xuất … giúp ta biết được tình trạng làm việc của c ác yêu cầu. Và có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra. Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cửu khảo sát vi điều khiển 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu nhất. Đồng được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển thiết kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng” . II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI : Với thời gian gần mười tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn, chúng em đã cố gắng hết sức để hồn thành tập luận văn này, nhưng chỉ giải quyết được những vấn đề sau : • Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 0 0 C – 100 0 C hiển thị số . • Khống chế nhiệt độ ở mức 20 0 C . • Viết chương trình (phần mềm) để đáp ứng các yêu cầu trên . • Do thời gian quá hạn hẹp nên chúng em chỉ thiết kế một đầu đo và chỉ khống chế ở một mức nhiệt độ 20 0 C . III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU : Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hồn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường . • Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn. • Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa sau. Giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển . • Ngòai ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Và đây cũng là dịp để chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội. Trang 9 Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN I.GIỚI THIỆU : Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống. Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó. Trong các thiếh bị điện và điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba … Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng. II.LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA C ÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN : Bộ vi điều khiển thực ra, là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý nói chung. Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 70 do sự phát triển và hồn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal-Oxide- Semiconductor) , mức độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip ngày càng cao. Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instruments vừa là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất. Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lí chỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lí chương trình theo một trình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như : bộ nhớ dữ liệu , bộ nhớ chương trình , bộ chuển đổi AID, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in, hối đồng hồ và lịch là những linh kiện nằm ở bên ngồi được nối vào bộ vi xử lí. Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Interlligen-Elictronics). Mới cho ra đời bộ vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048. Bên cạnh bộ xử lí trung tâm 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời gian các cổng vào và ra Digital trên một chip. Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8bit tương tự như 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48 (Microcontroller-sustem-48). Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai của bộ vi điều khiển đơn chip với tên gọi 8051. Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng loại với 8051 ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51 . Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hết các công ty hàng dẫn hàng đầu thế giới chế tạo. Đứng đầu là công ty INTEL và rất nhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI … Ngồi ra còn có các công ty khác cũng có những họ vi điều khiển riêng như: Họ 68HCOS của công ty Motorola Họ ST62 của công ty SGS-THOMSON Họ H8 của công ty Hitachi Họ pic cuả công ty Microchip III.KHẢO SÁT BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ 8031 : IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có các đặt điểm sau : - 4kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051) - 128 búyt RAM - 4port I10 8bit - Hai bộ định thời 16bit Trang 10 [...]... Khong thi gian ti a K thut 10 - Bng phn mm 256 - Timer 8 bit vi t ng np li 65535 - Timer 16 bit Khụng gii hn - Timer 16 bit cng vi cỏc vũng lp phn mm Cỏc k thut lp trỡnh cỏc khong thi gian (FOSC=12 MHz) 8 Hot ng port ni tip 8.1 Gii thiu 8051/8031 cú mt port ni tip trong chip cú th hot ng nhiu ch khỏc trờn mt dóy tn s rng Chc nng ch yu ca mt port ni tip l thc hin chuyn i song song sang ni tip vi d... nng thc thi ca vi iu khin Chỳng cho phộp h thn ỏp ng khụng cựng lỳc ti mt cụng vic v gii quyt mt cụng vic ú trong khi mt chng trỡnh khỏc ang thc thi Mt h thng c iu khin bng ngt cho o giỏc l lm nhiu vic ng thi D nhiờn CPU mi ln khụng th thc thi mt chng trỡnh thc thi mt chng trỡnh khỏc, ri quay v chng trỡnh u khi cú yờu cu ngt Chng trỡnh gii quyt ngt c gi l chng trỡnh phc v ngt (ISR : Interrupt Sevice... chng trỡnh chớnh b ngt quóng Nhng hot ng sau xy ra: - Thi hnh hn chnh lnh ang hin hnh - Cỏc DC vo ngt xp - Trng thỏi ngt hin hnh c ct bờn trong - Cỏc ngt c chn ti mc ca ngt - Nap vp DC a ch Vector ca ISR - ISR thc thi ISR thc thi v ỏp ng ngt ISR hn tt bng lnh RET1 iu ny lm ly li giỏ tr c ca PC t ngn xp v ly li trng thỏi ngt c Chng trỡnh li tip tc thi hnh ti ni m nú dng Cỏc Vector ngt Khi chp nhn ngt,... RST tr li mc thp, vic thi hnh chng trỡnh luụn bt u a ch u tiờn trong b nh trong chng trỡnh: a ch 0000H Ni dung ca RAM trờn chip khụng b thay i bi lnh reset 7 Hot ng ca b nh thi (timer) 7.1 Gii thiu Mt nh ngha n gin ca timer l mt chui cỏc flip-flop chia ụi tn s ni tip vi nhau, chỳng nhn tớn hiu vo lm ngun xung nhp Ngừ ra ca tn s cui lm ngun xung nhp cho flip-flop bỏo trn ca timer (flip-flop c) Giỏ tr... khong thi gian cú th nh thi l bao nhiờu ? vn ny c kho sỏt vi 8051/8031 hot ng vi tn s 12MHz nh vy xung nhp ca cỏc timer cú tn s lỏ 1 MHz Trang 28 Khong thi gian ngn nht cú th cú b gii hn khụng ch bi tn s xung nhp ca timer m cũn bi phn mm Do nh hng ca thi khong thc hin mt lnh Lng ngn nht 8051/8031 l mt chu k mỏy hay 1às Sau õy l bng túm tt cỏc k thut to nhng khong thi gian cú chiu di khỏc nhau (vi gi.. .- Giao tip ni tip - 64KB khụng gian b nh chng trỡnh m rng - 64 KB khụng gian b nh d liu m rng - mt b x lớ lun lớ (thao tỏc trờn cỏc bit n) - 210 bit c a ch húa - b nhõn / chia 4às 1.CU TRC BấN TRONG CA 8051 / 8031 : INT\*1 INT\*0 TIMER2 TIMER1 PORT ni tip iu khin ngt Cỏc ựthanh ghi khỏc Rom 4K-8051 OK-8031 128 byte Ram Timer1 Timer2 T1* T2* CPU To dao... / 8031 Phn chớnh ca vi iu khin 8051 / 8031 l b x lớ trung tõm (CPU: central processing unit ) bao gm : - Thanh ghi tớch ly A - Thanh ghi tớch ly ph B, dựng cho phộp nhõn v phộp chia - n v logic hc (ALU : Arithmetic Logical Unit ) - T trng thỏi chng trỡnh (PSW : Prorgam Status Word) - Bn bng thanh ghi - Con tr ngn xp Trang 11 Ngi ra cũn cú b nh chng trỡnh, b gii mó lnh, b iu khin thi gian v logic n v... nng trờn chõn t 32 n 39 trong cỏc thit k c nh ( khụng dựng b nh m rng ) cú hai chc nng nh cỏc ng IO i vi cỏc thit k c ln ( vi b nh m rng ) nú c kt hp kờnh gi a cỏc bus ) b.port1 : port1 l mt port I/O trờn cỏc chõn 1-8 Cỏc chõn c ký hiu P1.0, P1.1, P1.2 cú th dựng cho cỏc thit b ngi nu cn Port1 khụng cú chc nng khỏc, vỡ vy chỳng ta ch c dựng trong giao tip vi cỏc thit b ngi c.port2 : port2 l mt port... nh thi m 16 bit c dựng trong vic nh thi hoc m s kin Timer 0 a ch 8AH (TL0:byte thp) v 8CH (TH0:byte cao).Timer 1 a ch 8BH (TL1:byte thp) v 8DH (TH1: byte cao) vic vn hnh timer c set bi thanh ghi Timer Mode (TMOD) a ch 89H v thanh ghi iu khin timer (TCON) a ch 88H Ch cú TCON c a ch húa tng bit g Cỏc thanh ghi port ni tip: 8051/8031 chc mt port ni tip trờn chip dnh cho vic trao i thụng tin vi cỏc thit... bytes mó lnh PSEN s mc thp trong thi gian ly lnh Cỏc mó nh phõn ca chng trỡnh c c t EPROM qua bus v c cht vo thanh ghi lnh ca 8051 gii mó lnh Khi thi hnh chng trỡnh trong ROM ni (8051) PSEN s mc th ng (mc cao) f.ALE (Address Latch Enable ) : tớn hiu ra ALE trờn chõn 30 tng hp vi cỏc thit b lm vic vi cỏc x lớ 8585, 8088, 8086, 8051 dựng ALE mt cỏch tng t cho lm vic gii cỏc kờnh cỏc bus a ch v d liu . SÁT VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN- THI T KẾ -THI CÔNG MẠCH KHỐNG CHẾ NHIỆT ĐỘ PHÒNG SVTH :NGUYỄN HỒNG VŨ NGUYỄN THANH VŨ GVHD:LÊ THANH ĐẠO TP.HỒ CHÍ MINH 3-2 000. chúng em tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát và ứng dụng vi điều khiển thi t kế thi công mạch khống chế nhiệt độ phòng” . II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI : Với thời