Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án môn Vi điều khiển: Thiết kế bộ đo điện áp ở dải đo 0 - 2.5V, 0 - 25V, 0 - 250V hiển thị trên màn hình LCD
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐO ĐIỆN ÁP Ở DẢI ĐO 0-2.5V, 0-25V, 0250V HIỂN THỊ TRÊN LCD “Sai số cho phép ± 10%” Giáo viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: 1.Nguyễn Duy Hân 2.Trịnh Đình Thắng 3.Nguyễn Hữu Từ Mục lục Trang Mục lục……………………………………………………………………………2 Lời nói đầu……………………………………………………………………… Chương I Mơ tả ý tưởng: mơ hình ý niệm, xây dựng sơ đồ khối………………… I Sơ đồ khối,sơ đồ mạch nguyên lý mạch in …………… II Các vi mạch sử dụng khối nguyên lý hoạt động khối…………………………………………………………….….6 Chương II Quá trình thực hiện…………………………………………………………… 17 I Code lập trình C cho vi điều khiển…………….……………………… 18 II Hình dạng sản phẩm thưc tế hồn thành………………… 19 III.Tóm tắt báo cáo, vấn đề chưa làm được……….…… 20 LỜI NÓI ĐẦU Sự đời vi xử lí nói chung,các vi điều khiển nói riêng tạo bước ngoặt lớn việc thiết kế hệ thống xử lí thơng tin,đo lường điều khiển truyền thông.Kết tạo sản phẩm máy ảnh số,máy chơi nhạc MP3,đầu dĩa DVD,các biến tần,PLC…ngày rẻ hơn,nhỏ gọn hơn,thông minh tiện dụng Hơn nữa,kỹ thuật vi điều khiển phát triển, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, đời sống cịn nhiều lĩnh vực khác So với kỹ thuật số kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn nhiều tích hợp lại có khả lập trình để điều khiển Nên tiện dụng động Với tính ưu việt vi điều khiển phạm vi đồ án nhỏ này, chúng em dùng vi điều hiển để đo điện áp ba dải đo 0-2.5V , 0-25 , 250V , đồng thời cho hiển thị lên LCD Mục đích đề tài hướng đến: tạo bước đầu cho sinh viên thử nghiệm ứng dụng vi điều khiển thực tiễn để từ tìm tịi, phát triển nhiều ứng dụng khác đời sống ngày cần đến Việc thực xong đồ án môn học kiến thức học, số sách tham khảo số nguồn tài liệu khác nên không tránh khỏi thiếu sót Vì nhóm mong góp ý thầy bạn Chương I Mơ tả ý tưởng,mơ hình ý niệm,xây dựng sơ đồ khối I Sơ đồ khối tổng quát,sơ đồ nguyên lý mạch in 1.Sơ đồ khối tổng quát: KHỐI HIỂN THỊ: SỬ DỤNG LCD KHỐI CHUYỂN ĐỒI TƯƠNG TỰ SANG SỐ: ADC0804 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM: 8051 KHỐI ĐIỀU CHẾ VÀ KHUẾCH ĐẠI KHỐI NGUỒN ỔN ÁP SỬ DỤNG IC7805 ĐẦU RA ỨNG DỤNG (đo điện áp ba thang đo: 0-2.5 V, 0-25V va 0-250V) Sơ đồ nguyên lý mô dùng proteus: sơ đồ mạch in : II Các vi mạch sử dụng khối nguyên lý hoạt động khối Các vi mạch sử dụng khối Khối xử lý trung tâm: AT89C52 Trong khối điều chế khuếch đại: LM358 Khối chuyển đổi: ADC 0804 Khối hiển thị: LCD Trong Khối ổn áp: IC7805 Cấu tạo nguyên lý hoạt động vi mạch 2.1 Vi điều khiển AT89C52: • 2.1.2 cấu tạo chức khối AT89S52 CPU( CPU centralprocessing unit) bao gồm: Thanh ghi tích lũy A Thanh ghi tích lũy phụ B Đơn vị logic học (ALU) Thanh ghi từ trạng thái chương trình Bốn băng ghi Con trỏ ngăn xếp • Bộ nhớ chương trình( ROM) gồm 8Kbyte Flash • Bộ nhớ liệu( RAM) gồm 256 byte • Bộ UART, có chức truyền nhận nối tiếp • Timer/Counter 16 bit thực chức định thời đếm kiện • Khối điều khiển ngắt với nguồn ngắt ngồi nguồn ngắt • Bộ lập trình( ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người sử dụng nạp chương trình cho chíp mà khơng cần nạp chun dụng • Bộ chia tần số với hệ số chia 12 • cổng xuất nhập với 32 chân b, chức chân AT89C52 Port 0( P0.0=>P0.7) Port gồm chân, chức xuất nhập, port bus đa hợp liệu địa chỉ( AD0-AD7), chức sử dụng 89c52 giao tiếp với thiết bị ngồi có kiến trúc Bus vi mạch nhớ, mạch PIO… Port 1( P1.0=>P1.7) Chức Port chức xuất nhập Port khác Port1 xuất nhập theo bit theo byte Port 2( P2.0=>P2.7) Port chức cổng vào/ra Port byte cao bus địa sử dụng nhớ Port Mỗi chân Port chức xuất nhập cịn có chức riêng, cụ thể sau: Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Tên Chức RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp INT0 Ngắt bên INT1 Ngắt TO Ngõ vào Timer/counter0 T1 Ngõ vào Timer/counter1 /WR Xung ghi nhớ liệu /RD Xung đọc nhớ liệu Chân /PSEN : chân điều khiển đọc chương trình nhớ ngồi Chân ALE ALE tín hiệu điều khiển chốt địa có tần số 1/6 tần số dao động vi điều khiển Tín hiệu ALE dùng phép vi mạch chốt bên 7473 Chân /EA Tín hiệu /EA cho phép chọn nhớ chương trình nhớ hay ngồi EA=1 thực chương trình RAM nội EA=0 thực RAM RST( reset) Ngõ vào reset chân số RST=1 vi điều khiển khởi động lại thiết lập ban đầu XTAL1, XTAL2 chân nối song song với thạch anh tần số max=33 Mhz Để tạo dao động cho vi điều khiển Vcc, GND : cung cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển cấp qua chân 20 40 2.1.3 nguyên lý hoạt động +Chân nối với mạch reset Khi nhấn SW1 vi điều khiển khởi động lại từ đầu +điện trở băng U1: có tác dụng làm điện trở kéo lên nguồn + chân 18-19 nối // với thạch anh 12Mhz mạch có nhiệm vụ tạo dao động cho vi điều khiển +từ chân P2.0=>P2.2 nối với Vee, RS, RW LCD Có nhiệm vụ điều khiển hoạt động LCD +chân P2.3=>P2.5 : chân nối với chân ADC : chân RD (Read), chân WR (Write) chân Ngắt INTR (Interupt) Nhiệm vụ điều khiển hoạt động chuyển đổi số - tương tự + chân P3.0=>P3.7 giao tiếp với ADC0804 Cổng P3 có nhiệm vụ đọc điện áp thu từ chuyển đổi +P0.0=>P0.7 Lần lượt nối với đầu vào liệu từ DB0=> DB7 LCD Có chức điều khiển hiển thị việc đo điện áp LCD +P1.0=>P1.2 : nối với switch kép để điều khiển chọn thang đo phù hợp 2.2 Khuếch đại LM358: a, cấu tạo LM358 gồm có khuếch đại thuật toán: Con thứ 1: chân ,3 vào, chân 1ra Con thứ 2: chân 5,6 vào, chân Cơng dụng: khuếch đại điện áp dịng điện nhận từ LM35 để sau chuyển tiếp đến đầu vào IN ADC 0804 Sơ đồ cấu tạo: Tính toán cân chỉnh: +tại OA2: −Un Un −Ur = R3 R4 R3 + R =>Ur=Un R3 Uv −Up Up Xét P2: = R1 R2 R2 => Up=Uv R1 + R Xét tại: N2: Mà coi OA lý tưởng Uv=Up; Ur=Uv R3 + R R2 ; R3 R1 + R Do điện áp đầu khuếch đại giới hạn khoảng từ 0-5V dùng nguồn đơn Nên chọn giá trị R2= R4=3,9 K R1=R3= K Ω ;Khi Ur=Vin ≈ 4Uv; 2.3 Bộ chuyển đổi tương tự-số: ADC 0804: 2.3.1 Cấu tạo: ADC 0804 chuyển đổi tương tự số Gồm có 20 chân DB0-DB7: chân liệu RD: lối vào đọc WR :lối vào ghi INTR: lối ngắt CLKR/CLKIN: lối vào điều khiển xung nhịp VIN: lối vào analog dương 2.3.2 sơ đồ: Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 h ãng National Semiconductor Chip nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp ni +5V độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi tham số quan trọng đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi đ ược định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN không bé 110µs Các chân khác ADC0804 có chức sau: • CS (Chip select) Chân số 1, chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập ADC0804 chân phải mức thấp • RD (Read) Chân số 2, tín hiệu vào, tích cực mức thấp Các chuyển đổi đầu v tương tự thành số nhị phân giữ ghi RD đ ược sử dụng để có liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) • WR (Write) Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng để báo cho ADC biết bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp th ì ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hồn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp • CLK IN CLK R CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân s ố 19) nối với tụ điện điện trở (như hình vẽ) Khi tần số xác định biểu thức: Với R=10 kΩ, C=150pF tần số f=606 kHz v thi gian chuyn i l 110 às ã Ngt INTR (Interupt) Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi hồn tất xuống thấp để báo cho CPU biết l liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = v gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu • Vin (+) Vin (-) Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin (+) – Vin (-) Thông thường Vin (-) nối tới đất Vin (+) dùng làm đầu vào tưộng tự chuyển đổi dạng số • Vcc Chân số 20, chân nguồn nuôi +5V Chân dùng làm điện áp tham chiếu đầu vào Vref/2 để hở • Vref/2 Chân số 9, chân điện áp đầu vào dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chân hở điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dải - +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vòa tương tự áp đến Vin khác với dải - +5V Chân Vref/2 dùng để thực điện áp đầu khác - +5V Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin Vref/2 (V) Vin (V) Kích thước bước (mV) Hở 0–5 5/256 = 19.53 2.0 0–4 4/256 = 15.62 1.5 0–3 3/256 = 11.71 1.28 – 2.56 2.56/256 = 10 1.0 0–2 2/256 = 7.81 0.5 0–1 1/256 = 3.90 D0 - D7 D0 - D7, chân số 18 – 11, chân liệu số (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) Các chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD đưa xuống mức thấp CÁC BƯỚC CỦA Q TRÌNH CHUYỂN ĐỔI • • • • • • Đặt WR =RD=1; Bắt đầu biến đổi Đặt WR=0, trễ( )ms Đặt lại WR=1; Phát điểm kết thúc trình biến đổi INTR xuống mức thấp (được sử dụng ngắt) Đặt RD=0 đọc liệu từ DB0=>DB7 Đặt RD=1 => kết thúc chu trình 2.4 Hiển thị ( LCD 16x2) 2.4.1 cấu tạo Chức chân Module LCD 16x2: Chân số Ký hiệu Vss Vdd Vee RS Mức logic 0/1 I/O I I R/W 0/1 I 10 11 12 13 14 15 16 E DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 DB8 Vcc GND 1,1=>0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 - I I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O - 2.4.2 mạch đồ án: Chức Nguồn cung cấp(GND) Nguồn cung cấp(+5V) Điện áp để điều chỉnh độ tương phản Lựa chọn ghi 0= ghi lệnh 1=thanh ghi liệu 0=ghi vào LCD module 1=đọc từ LCD module Tín hiệu cho phép Data bus line 0(LSB) Data bus line1 Data bus line2 Data bus line3 Data bus line4 Data bus line5 Data bus line6 Data bus line7(MSB) Nguồn cung cấp mass 2.4.3 nguyên tắc hiển thị ký tự LCD chương trình hiển thị ký tự LCD theo bốn bước sau: 1) Xóa tồn hình 2) Đặt chế độ hiển thị 3) Đặt vị trí trỏ (nơi bắt đầu ký tự hiển thị) 4) Hiển thị ký tự Chú ý: +Các bước 3, lặp lại nhiều lần cần hiển thị nhiều ký tự + Mỗi thực ghi lệnh ghi liệu hiển thị lên LCD cần phải kiểm tra cờ bận trước Vì vậy, cần phải chủ động phân phối thời gian lệnh cho LCD( ví dụ sau xóa hình sau khoảng 2ms lệnh khác thời gian để LCD xóa hình 1,64ms).+chế độ hiển thị mặc định hiển thị dịch, vị trí trỏ mặc định đầu dòng thứ 2.4.4 mã lệnh LCD HD4480 Lệnh Mã lệnh RS R/ W DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 Xóa hình 0 0 0 0 Đưa trỏ vị trí đầu 0 0 0 0 x Thiết lập chế độ 0 0 0 I/D S Bật tắt hiển thị 0 0 0 D C B Dịch trỏ hiển thị 0 0 S/C R/L * * Xóa hình đưa trỏ vị trí đầu Đưa trỏ vị trí đầu 1.64ms Thiết lập hướng dịch chuyển trỏ(I/D), dịch hiển thị(S) Bật tắt hiển thị, trỏ; bật tắt chế độ nhấp nháy trỏ Thiết lập chiều dịch chuyển trỏ hiển thị 40us 1.64ms 40us 40us Thiết lập chức 0 0 DL N Thiết lập địa CGRAM 0 CGRAM address Thiết lập địa DDRAM Đọc cờ báo bận địa CGRAM/ DDRAM Ghi CGRAM/ DDRAM 0 DDRAM address BF CGRAM/ DDRAM address Write data Đọc CGRAM/ DDRAM 1 F Read data * * Thiết lập độ dài liệu, số dòng font chữ Thiết lập địa CGRAM 40us Thiết lập địa DDRAM Đọc cờ báo bận địa CGRAM DDRAM( tùy vào lệnh trước đó) Ghi liệu vào CGRAM DDRAM Đọc liệu từ CGRAM DDRAM 40us 2.4.5 bit viết tắt mã lệnh: Tên bit I/D S D C B S/C R/L DL N F BF 2.5 Khối ổn áp dùng IC 7805: Mơ tả 0=khơng dịch chuyển vị trí trỏ =0 không dịch chuyển hiển thị 0=tắt hiển thị 0=tắt trỏ 0=con trỏ không nhấp nháy 0=di chuyển trỏ 0= dịch trái 0=chế độ 4bit liệu 0=1 dịng 0= font 5x7 0= khơng bận 1=dịch chuyển vị trí trỏ =1 dịch chuyển hiển thị =1 bật hiển thị =1 bật trỏ =1 trỏ nhấp nháy =1 dịch chuyển hiển thị =1 dịch phải =1 chế độ 8bit liệu 1= dòng 1= font 5x10 1= bận 40us 40us 40us 40us Chương II Quá trình thực I Lập trình cho vi điều khiển: #include #include sbit int_adc=P2^3; sbit rw_adc=P2^4; sbit rd_adc=P2^5; sbit EN_lcd=P2^2; sbit RW_lcd=P2^1; sbit RS_lcd=P2^0; sbit THANG1=P1^0; sbit THANG2=P1^1; sbit THANG3=P1^2; unsigned char x; float volt; void delay(unsigned int time) { unsigned int i; for(i=0;i