Đề tài Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị đo các đại lượng không điện

Sơ đồ khối mạch chuyển đổi AD dùng phương pháp song song b. Hoạt động: Mạch bao gồm: khối so sánh song song và mạch mã hoá. Tín hiệu tương tự được đưa vào các mạch so sánh cùng một lúc, các trạng thái ra của mạch so sánh được đưa vào các flip flop D để đưa đến bộ mã hoá, đầu ra của mạch mã hoá chính là đầu ra của mạch ADC. Mạch so sánh và mạch mã hoá là loại mạch có tốc độ xử lý rất cao nên tổng thời gian trễ chỉ vài chục ns, nhờ vậy sự chuyển đổi xảy ra rất nhanh. Tuy nhiên với mạch ADC ở 3 bit thì nó đòi hỏi 7 bộ so sánh khi ở 6 bit thì cần đến 63 bộ so sánh, đó là nhược điểm của mạch ADC dùng phương pháp so sánh. Bảng 2.1: Bảng sự thật của mạch chuyển đổi Điện áp vào Ngõ ra bộ so sánh Tín hiệu số ngõ ra Vin/VLSB K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 D1 D2 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 3 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 4 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 5 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 6 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Xử lý dữ liệu số với bộ vi điều khiển AT89C51 Trong thực tế để xử lý tín hiệu số, người ta sử dụng các bộ vi điều khiển on chip. AT89C51 là một trong những bộ vi điều khiển được sử dụng rộng rãi. 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. 2.2.1 Khảo sát bộ vi điều khiển 8051 IC vi điều khiển 8051 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau: - 4 kbyte ROM ( được lập trình bởi nhà sản xuất). - 128 byte RAM - 4 port vào, ra 8bit - Hai bộ định thời 16 bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng - 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - Một bộ xử lý đơn bit - 210 bit được địa chỉ hóa - Bộ nhân/chia 4ms. 2.2.2 Cấu trúc bên trong của AT89C51 Hình 2.5: Sơ đồ khối 8051 a. Port 0: là port có hai chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiêt kế cỡ nhỏ( không dùng bộ nhớ mở rộng) có hai chức năng như đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng) nó được kết hợp kênh giữa các bus. b. Port 1: port 1 là một port I/O trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1,... có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần. Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài. c. Port2: port2 là một port công dụng kép trên các chân 21-28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. d. Port3: port3 là một port công dụng kép trên các chân 10-17. Các chân của port này có nhiều choc năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 8051 như ở bảng sau: Bảng 2.2: Chức năng của các chân trên port3 Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp Dữ liệu phát cho port nối tiếp Ngắt 0 bên ngoài Ngắt1 bên ngoài Ngõ vào của timer/counter 0 Ngõ vào của timer/counter 1 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài e. PSEN (Program Store Enable ) : 8051 có 4 tín hiệu điều khiển PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. F. ALE (Address Latch Enable ) : Tín hiệu ra ALE trên chân 30. g. EA (External Access) : Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EFROM trong 8051. h. SRT (Reset) : Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi trong 8051 được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. i. Các ngõ vào bộ dao động trên chip: Nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Các tụ giữa cũng cần thiết như đã vẽ. Tần số thạch anh thông thường là 12MHZ. j. Các chân nguồn: 8051 vận hành với các nguồn đơn +5V. Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND) được nối vào chân 20. 2.2.3 Tổ chức bộ nhớ : 8051 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng cho bộ nhớ riêng biệt cho chương trình dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên trong 8051, dù vậy chúng có thể được mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chip bao gồm nhiều phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hoá tong bít, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt. FFF FFF Bộ nhớ Bộ nhớ chương trình dữ liệu được chọn được chọn qua PSEN qua WR FF Vaứ RD 00 0000 0000 Hình2.6 Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8051 Hai đặc tính cần lưu ý là: Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xếp trong bộ nhớ và có thể được truy xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác. Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi xử lý khác. * Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip: Ta có thể they trên hình dưới đây, RAM bên 8051 được phân chia giữa các bank thanh ghi (00- 1FH), RAM địa chỉ hoá tong bit (20H- 2FH), RAM đa dụng (30H- 7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H- FFH). RAM đa dụng Bảng 2.3: Bảng tóm tắt bản đồ vùng nhớ trên chip data 8051 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 18 17 10 0F 08 07 00 RAM đa dụng 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 BANK 3 BANK 2 BANK 1 Default register Bank for RO¸R7 Bảng 2.4 : BảngTóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip FF F0 E0 D0 B8 B0 A8 A0 99 98 90 8D 8C 8B 8A 89 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW - - - BC BB BA B9 B8 IP B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3 AF - - AC AB AA A9 A8 IE A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 SBUF Not bit addressable 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 TH1 TH0 TL1 TL0 TMOD Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable 88 87 83 82 81 80 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON Not bit addressable PCON DPH DPL SP Not bit addressable Not bit addressable Not bit addressable 87 86 85 84 83 82 81 80 PO Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của RAM nội vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng : MOV A, 5FH Lệnh này di chuyển một bỳyt dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xác định “địa chỉ nguồn” (5FH). Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong mó lệnh là thanh ghi tớch lũy A. RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua RO hay R1. Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên : MOV R0, #5FH MOV A, @R0 Lệnh đầu dùng địa chỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích lũy. b. RAM địa chỉ hóa từng bit : 8051 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các địa chỉ byte 20H đến 2FH, và phần cũn lại trong cỏc thanh ghi chức năng đặc biệt . í tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng mềm là một đặc tín tiện lợi của vi điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, AND,OR …với một lệnh đơn. Đa số các chi xử lí đũi hỏi một chuổi lệnh đọc – sữa – ghi để đạt được hiệu quả tương tự. Hơn nữa, các port I/0 cũng được địa chỉ từng bit làm đợn giản phần mềm xuất nhập từng bit. Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các địa chỉ này được truy xuất như các byte hoặc các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng . ví dụ, để đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau : SETB 67H Chú ý rằng “địa chỉ bit 67H” là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở “địa chỉ byte 2CH” lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác của địa chỉ này. c. Cỏc bank thanh ghi : 32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi. Bộ lệnh của 8051 hổ trợ 8 thanh ghi (RO đến R7) và theo mặc định (sau khi Reset hệ thống) các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H. Lệnh sau đây sẽ đọc nội dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy. MOV A,R5 Đây là lệnh một byte dùng địa chỉ thanh ghi. Tất nhiên, thao tác tương tự có thể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ hai: MOV A,05H Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thỡ sẽ ngắn hơn và nhanh hơn các lệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp. Các giá trị dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này. Bank thanh ghi tớch cực cú thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit chọn bank thanh ghi trong từ trạng thái chương trỡnh (PSW). Giả sử rằng bank thanh ghi 3 được tích cực, lệnh sau sẽ ghi nội dung của thanh ghi tích lũy vào địa chỉ 18H: MOV R0,A í tưởng dùng “các bank thanh ghi” cho phép “chuyển hướng” chương trỡnh nhanh và hiệu qủa (từng phần riờng rẽ của phần mềm sẽ cú một bộ thanh ghi riờng khụng phụ thuộc vào cỏc phần khỏc). 2.2.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt: Cỏc thanh ghi nội của 8051 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh. Ví dụ lệnh “INC A” sẽ tăng nội dung của thanh ghi tích lũy A lên 1. Tác động này được ngầm định trong mó lệnh. Các thanh ghi trong 8051 được định dạng như một phần của RAM trên chip. Vỡ vậy mỗi thanh ghi sẽ cú một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi trực tiếp, sẽ không có lợi khi đặt chúng vào trong RAM trên chip). Đó là lý do để 8051 có nhiều thanh ghi. Cũng như R0 đến R7, có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Rgister) ở vùng trên của RAM nội, từ địa chỉ 80H đến FFH. Chú ý rằng hầu hết 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa. Chỉ có 21 địa chỉ SFR là được định nghĩa. Ngoại trừ tích lũy (A) có thể được truy xuất ngầm như đó núi, đa số các SFR được truy xuất dùng địa chỉ trực tiếp. chú ý rằng một vài SFR cú thể được địa chỉ hóa bit hoặc byte. Người thiết kế phải thận trọng khi truy xuất bit và byte. Ví dụ lệnh sau: SETB 0E0H Set bit 0 trong thanh ghi tích lũy, các bit khác không thay đổi. Ta thấy rằng E0H đồng thời là địa chỉ byte của thanh ghi tích lũy và là địa chỉ bit có trọng số nhỏ nhất trong thanh ghi tớch lũy. Vỡ lệnh SETB chỉ tỏc động trên bit, nên chỉ có địa chỉ bit là có hiệu quả. Từ trạng thái chương trỡnh: Từ trạng thái chương trỡnh (PSW: Program Status Word) ở địa chỉ D0H chứa các bit trạng thái như bảng tóm tắt sau: Bảng2. 5: Từ trạng thái chương trỡnh Bit Ký hiệu Địa chỉ ý nghĩa PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H Cờ nhớ Cờ nhớ phụ Cờ 0 Bit 1 chọn bank thanh ghi Bit chọn bank thanh ghi. 00=bank 0; địa chỉ 00H-07H 01=bank 1: địa chỉ 08H-0FH 10=bank 2:địa chỉ 10H-17H 11=bank 3:địa chỉ 18H-1FH Cờ tràn Dự trữ Cờ Parity chẵn. Cờ nhớ (CY): Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán học: nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn phép trừ . Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thỡ lệnh sau: ADD A,#1 Sẽ trả về thanh ghi tớch lũy kết qủa 00H và set cờ nhớ trong PSW. Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trờn bit. Vớ dụ, lệnh sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết qủa trở vào cờ nhớ: ANL C,25H Cờ nhớ phụ: Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết qủa của 4 bit thấp trong khoảng 0AH đến 0FH. Nếu các giá trị cộng được là số BCD, thỡ sau lệnh cộng cần cú DA A( hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết qủa lớn hơn 9 trở về tâm từ 0¸9. Cờ 0 Cờ 0 (F0)là một bit cờ đa dụng dành các ứng dụng của người dùng. Cỏc bit chọn bank thanh ghi Các bit chọn bank thanh ghi (RSO và RS1) xác định bank thanh ghi được tích cực. Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bằng phần mềm nếu cần. Ví dụ, ba lệnh sau cho phép bank thanh ghi 3 và di chuyển nội dung của thanh ghi R7 (địa chỉ byte IFH) đến thanh ghi tích lũy: SETB RS1 SETB RSO MOV A,R7 Khi chương trỡnh được hợp dịch các địa chỉ bit đúng được thay thế cho các ký hiệu “RS1” và “RS0”. Vậy lệnh SETB RS1 sẽ giống như lệnh SETB 0D4H. Cờ Tràn Cờ tràn (OV) được set một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn. Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác định xem kết qủa của nó có nằm trong tầm xác định không. Khi các số không dấu được cộng, bit OV có thể được bỏ qua. Các kết qủa lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 sẽ set bit OV. Thanh ghi B: Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cựng với thanh ghi tớch lũy A cho cỏc phộp toỏn nhõn và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhõn cỏc giỏ trị khụng dấu 8 bit trong A và B rồi trả về kết qủa 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A cho B rồi trả về kết qủa nguyờn trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có thể được xem như thanh ghi đệm đa dụng. Nó được địa chỉ hóa từng bit bằng các địa chỉ bit FOH đến F7H. Con trỏ ngăn xếp: Con trỏ ngăn xếp (SP) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. Nó chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp. Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp sẽ dọc dữ liệu và làm giảm SP. Ngăn xếp của 8051 được giữ trong RAM nội và được giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp. chúng là 128 byte đầu của 8051. Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu tại 60H, các lệnh sau đây được dùng: MOV SP,#5FH Trên 8051 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte vỡ địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH. Sở dĩ cùng giá trị 5FH vỡ SP sẽ tăng lên 60H trước khi cất byte dữ lệu đầu tiên. Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà để nó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống. Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là ngăn đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H. Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động lại SP , bank thanh ghi 1 (có thể cả 2 và 3) sẽ không dùng được vỡ vựng RAM này đó được dùng làm ngăn xếp. Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu giữ tạm thời và lấy lại dữ liệu hoặc được truy xuất ngầm bằng các lệnh gọi chương trỡnh con (ACALL, LACALL) và cỏc lệnh trở về (RET,RETI) để cất và lấy lại bộ đếm chương trỡnh. Con trỏ dữ liệu: Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16 bit ở địa chỉ 82H(DPL: byte thấp) và 83H (DPH:byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H: MOV A,#55H MOV DPTR,#1000H MOVX @DPTR,A Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy, lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con trỏ dữ liệu. Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến RAM ngoài ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H) Cỏc thanh ghi port xuất nhập: Các port của 8051 bao gồm Port 0 ở địa chỉ 80H, Port 1 ở địa chỉ 90 H, Port 2 ở địa chỉ A0H và Port 3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các Port đều được địa chỉ hóa từng bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp thuận lợi. Cỏc thanh ghi timer: 8051 chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng trong việc định thời hoặc đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0:byte thấp) và 8CH (TH0:byte cao).Timer 1 ở địa chỉ 8BH (TL1:byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). việc vận hành timer được set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit. Cỏc thanh ghi port nối tiếp: 8051 chức một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với các IC khác có giao tiếp nối tiếp (có bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dịch..). Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H ssẽ giữ cả hai giữ liệu truyền và nhận. Khi truyền dữ liệu thỡ ghi lờn SBUf, khi nhận dữ liệu thỡ đọc SBUF. Các mode vận hành khác nhau được lập trỡnh qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa chỉ hóa từng bit) ở địa chỉ 98H. Cỏc thanh ghi ngắt: 8051 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ 8AH. Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit. Các thanh ghi điều khiển công suất: Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển. Chúng được tóm tắt trong bảng sau: Bảng 2.6: Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) Bit Ký hiệu Yự nghĩa 6 5 4 3 2 1 0 SMOD GF1 GF0 PD IDL Bit gấp đôi tốc độ baud, nếu được set thỡ tốc độ baud sẽ tăng gấp đôi trong các mode 1,2 và 3 của port nối tiếp Không định nghĩa Không định nghĩa Không định nghĩa Bit cờ đa dụng 1 Bit cờ đa dụng 0 Giảm công suất, được set để kích hoạt mode giảm công suất, chỉ thoá khi reset Mode chờ, set để kích hoạt mode chờ, chỉ thoát khi có ngắt hoặc reset hệ thống. 2.2.5 Lệnh Reset 8051 được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao ít nhất trong 2 chu kỳ máy và trả nó về múc thấp. RST có thể được kích khi cấp điện dùng một mạch R-C. Hỡnh 2.7: Mạch reset hệ thống. Trạng thỏi của tất cả các thanh ghi của 8051 sau khi reset hệ thống được tóm tắt trong bảng sau: Bảng 2.7: Trạng thỏi cỏc thanh ghi sau khi reset Thanh ghi Nội dung Đếm chương trỡnh Tớch lũy B PSW SP DPTR Port 0-3 IP IE Các thanh ghi định thời SCON SBUF PCON(HMOS) PCON(CMOS) 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH XXX00000B 0XX00000B 00H 00H 00H 0XXXXXXB 0XXX0000B Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi đếm chương trỡnh, nú được đặt lại 0000H. Khi RST trở lại mức thấp, việc thi hành chương trỡnh luụn bắt đầu ở địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ trong chương trỡnh: địa chỉ 0000H. Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi bởi lệnh reset. Xử lý dữ liệu số Đối với sử lý dữ liệu là các số thực hay số nguyên có giá trị lớn hơn 255 thì AT89C51 có phần kém hơn các thiết bị như PLC hay CP, song AT89C51 được trang bị một hệ thống các tập lệnh tương đối mạnh xử lý dữ liệu dưới dạng số nguyên 8 bít hoặc dạng bít như: nhóm lệnh di chuyển dữ liệu, lệnh số học, lệnh logic, lệnh rẽ nhánh chươc trình… AT89C51 rất thích hợp với xử lý dữ liệu số. Đối với các dữ liệu dưới dạng số nguyên có giá trị lớn hơn 255 hoặc số thực ta hoàn toàn có thể chuyển đổi về dạng số nguyên 8 bit dưới dạng mã BCD nén và không nén (g) sau đó sử dụng các tập lệnh của AT89C51 để xử lý. Sau đấy là ví dụ xử lý dưới dạng số nguyên, số thực: Chương trình nhân hai số nguyên 8 bít. NHAN: MOV A,X1 ; chuyển X1 vào A MOV B,X2 ; chuyển X2 vào B MUL AB ; nhân A với B kết quả lưu vào A END Chương trình tính kết quả lưu vào VP0, VP1, VP2. CHIA: MOV A, Y CLR C SUBB A,Y1 ;(Y-Y1) MOV R0,A MOV A,Y2 CLR C SUBB A,Y ;(Y2-Y) MOV B,00H DIV AB ; MOV VP0,A ; Lưu kết quả nguyên vào VP0 MOV A,0F0H MOV B,#10 MUL AB MOV B,R0 DIV AB MOV VP1,A ; kết quả sau dấu phẩy đầu tiên(VP1) MOV A,0F0H MOV B,#10 MUL AB MOV B,R0 DIV AB MOV VP2,A ; kết quả sau dấu phẩy thứ hai(VP1) END. Ghép nối với ADC AT89C51 là một trong những bộ sử lý mạnh, tương thích với nhiều thiết bị như bộ chuyển đổi tương tự số ADC. Hình 2.8 chỉ ra sở đồ kết nối của AT89C51 với ADC. Hình 2.8: Sơ đồ kết nối AT89C51 với ADC. Chương trình đọc dữ liệu từ ADC: DADC: MOV ADL,#0FFH SETB INRT SETB CS SETB ARD SETB AWR CLR CS CLR AWR SETB AWR ADC: JB INRT,ADC CLR ARD LCALL CHO MOV A,ADL MOV Y,A SETB ARD SETB CS END. Ghép nối với LCD Dữ liệu được sử lý nhờ bộ sử lý AT89C51 được đưa tới màn hình hiển thị số LCD để hiển thị kết quả. Hình 2.9 chỉ ra sở đồ kết nối giữa AT89C51 và mà hình hiển thị số LCD. Hình 2.9: Sơ đồ kết nối AT89C51 với LCD. Chương trình hàm kiểm tra trạng thái của LCD. $INCLUDE(REG51.INC) READY: SETB CB CLR RS SETB RW LOP: CLR EC SETB EC JB CB,LOP END Chương trình gửi lệnh xoá màn hình lên LCD. $INCLUDE(REG51.INC) MOV A, #00H COMMAND: ACALL READY MOV PLCD,A CLR RS CLR RW CLR EC SETB EC END. Chương trình hiển thị chữ “C” lên màn hình LCD $INCLUDE(REG51.INC) MOV A, “C” DISPLAY: ACALL READY MOV PLCD,A SETB RS CLR RW CLR EC SETB EC END Chương trình đọc dữ liệu từ LCD và cất vào thanh ghi A. $INCLUDE(REG51.INC) READ: ACALL READY MOV PLCD,A SETB RS SETB RW NOP MOV A ,PLCD CLR EC SETB EC END Truyền tin nối tiếp Một điểm mạnh của AT89C51 là có thể tham gia truyền tin nối tiếp thông qua các chân truyền nhận RXD, TXD và các thanh ghi đệm SUBF, thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON , nhờ đó mà AT89C51 hoàn toàn có thể giao tiếp với các bộ PLC hay PC. Nâng cao khả năng tự động hoá của hệ thống và linh hoạt trong quá trình xử lý. AT89C51 được kết nối với máy tính PC thông qua hai chân TXD và RXD, bộ dao diện MAX232(chuyển đổi tương thích tính hiệu) và cổng com của máy tính. Sơ đồ kết nối cho trên hình 2.10. Hình 2.10: Sơ đồ kết nối AT80C51 với PC Dưới đây là chương trình truyền tin nối tiếp chữ “YES” với tốc độ baud là 9600 (8 bít dữ liệu, 1 bít Stop): MOV TMOD, #20H MOV TH1, #-3 MOV SCON, #50H SETB TR1 AGAIN: MOV A, #"Y" ACALL TRANS MOV A, #"E" ACALL TRANS MOV A, #"S" ACALL TRANS SJMP AGAIN TRANS: MOV SUBF, A HERE: JNB TI, HERE CLR TI RET END Ghép nối với cảm biến (LM35) AT89C51 có khả năng ghép nối với các bộ cảm biến loại số và cảm biến tín hiệu tương tự (thông qua bộ chuyển đổi tương tự số ADC) như LM35, PT100 … Hình 2.11 chỉ ra sơ đồ kết nối của AT89C51. Hình 2.11: Sơ đồ kết nối AT89C51 với LM35. Trên đây là một số nghiên cứu cơ bản về bộ vi điều khiển AT89C51. Có thể nói AT89C51 là một trong những bộ vi điều khiển mạnh và được sử dụng rất rộng trong nhiều lĩnh vực. Chương 3: Ứng dụng chế tạo module đo lường 3.1 Phân tích yêu cầu module Hình 3.1: Quy trình đo đại lượng không điện Trên cơ sở yêu cầu của đề tài, kiến thức, trình độ đào tạo và quy trình đo đại lượng không điện, môdul được thiết kế cần phải thoả mãn các yêu cầu sau: Có khả năng đo lường các đại lượng không điện với bộ chuyển đổi tín hiệu có hàm truyền đạt phi tuyến với độ chính xác cao, sai số nhỏ. Do đó cần áp dụng các phương pháp tuyến tính hoá, sử dụng các phương pháp lọc nhiễu nhờ sự kết hợp của cả phần mềm và phần cứng. Đo lường và hiển thị đại lượng không điện trên màn hình hiển thị số LCD. Môdul được thiết kết cần có bộ biến đổ sơ cấp không điện thành điện, đọc và xử lý tín hiệu số, hiển thị trên màn hình chỉ thị số. Áp dụng được các kiến thức thuộc chuyên ngành đào tạo(cảm biến, lập trình vi điều khiển, kỹ thuật thiết kế và bo mạch…). Đối với phần cứng Các bộ cảm biến chuyển đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu điện. Bộ chuyển đổi tương tự số. Bộ vi điều khiển khả trình thực hiện nhiệm vụ xử lý dữ liệu. Màn hình hiển thị LCD. Đối với phần mềm - Áp dụng các phương pháp tuyến tính hoá hàm phi tuyến của thiết bị cảm biến. - Chương trình có khả năng đọc xử lý dữ liệu và hiển thị với độ chính xác cao giảm thiểu tối đa sai số trong quá trình xử lý. - Chương trình có cấu trúc và bố cục rõ ràng, thuật toán đơn giản nhằm giảm thiểu sai số và phù hợp với khả năng xử lý của thiết bị phần cứng. 3.2 Quá trình thiết kế và thi công mạch Quá trình thiết kế và thi công mạch được tiến hành theo trình tự sau: Bước1: Khảo sát cảm biến. Bước2: Tính toán thiết kế mạch nguyên lý. Bước3: Nghiên cứu thiết kế thuật toán và chương trình. Bước4: Kiểm tra và mô phỏng trên phần mềm (::). Nếu đạt kết quả như mong muốn thì chuyển sang bước 4. Nếu đạt kết quả không tốt thì quay trở lại bước 2. Bước5: Bo mạch. Bước6: Đặt mạch bo. Bước7: Lắp ráp mạch và test thử. Nếu không đạt được kết quả như mong muốn thì quay trở lại bước2. Nếu kết quả như mong muốn thì kết thúc quá trình thi công. 3.2.1 Khảo sát cảm biến a. Cảm biến nhiệt LM35D Chức năng các chân: - Chân 1: +5v - Chân 2: output (10mV/oC) - Chân 3: max Các thông số kỹ thuật. - Nguồn cấp: 5v - Giải đo: 0-150oC - Độ phân giải: 10mV/oC - Sai số: ± 1oC. Bảng3.1: dữ liệu của LM35D T(oC) 0 10 20 25 30 45 50 60 70 75 80 85 90 100 V(10mV) 0 10 20 25 30 46 50 60 69 72 80 84 91 100 Cảm biến áp suất( loại: 07356 - 53) Chức năng các chân: Power(Red): +12v Output(black): (20mA- 40mA) Các thông số kỹ thuật. - Nguồn cấp: 12V - Giải đo: 0-100 Psig - Độ phân giải: 0.2mA/Psig - Sai số: ± 1%. Bảng3.2: Dữ liệu của cảm biến áp suất P(oC) 0 10 20 25 30 45 50 60 70 75 80 85 90 100 A(mA) 20 22 24 25 26 29.02 30 32 34 35.1 36 37 38 40 Cảm biến lưu lượng (loại: 508 - 2704) Chức năng các chân: Power(Red): +12V Out(blue): 20mA- 40mA Gnd( braid): 0V Các thông số kỹ thuật. - Nguồn cấp: 12V - Giải đo: 0-100 l/phút - Sai số: ± 1%. Bảng3.3: dữ liệu của cảm biến lưu lượng P(oC) 0 10 20 25 30 45 50 60 70 75 80 85 90 100 A(mA) 20 22 24 24.05 26 29 30.1 32 34 35.1 36 37 38 40 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của module 3.2.3 Nguyên lý làm việc của thiết bị Tín hiệu của cảm biến được đưa vào chân Vin+ của ADC0804, nếu là loại cảm biến có đầu ra là dòng điện thì ta cho qua một bộ biến đổi dòng điện thành điện áp sau đó mới đưa tới chân Vin+ của ADC0804. Tín hiệu điện áp tương tự được ADC0804 chuyển thành dạng số, dữ liệu số của điện áp được đưa vào VDK để xử lý. VDK có nhiệm vụ nhận dữ liệu dạng số của điện áp, sau đó xử lý bằng thuật toán nội suy để tìm ra giá trị không điện tương ứng. Sau khi xử lý song VDK đưa dữ liệu hiển thị ra LCD. Bộ switch 4051 kết hợp với bộ điện trở phân áp có nhiệm vụ thay đổi điện áp cấp tới đầu vào không đảo bộ lặp điện áp LM741 từ đó làm thay đổi điện áp tại chân Vref của ADC 0804. Tuỳ thuộc vào điện áp đầu ra của mỗi loại cảm biến mà ta sẽ chọn những Vref khác nhau. IC Max 232 có nhiệm vụ giúp thiết bị đo có thể đưa dữ liệu lên máy tính, từ đó tạo điều kiện xử lý dữ liệu chính xác và linh hoạt. 3.2.4 Bo mạch Hình 3.3: Bố trí linh kiện trên Board Hình 3.4: Mặt dưới của board Hình 3.5: Mặt trên của board 3.3 Thuật toán và chương trình 3.3.1 Cơ sở lý thuyết Dựa trên phương pháp nội suy tuyến tính bậc nhất có hệ số biến đổi động. Nhờ đó mà hệ số tuyến tính của hàm truyền đạt X = F(yi) thay đổi dựa trên từng đoạn của đường đặc tuyến, tăng độ chính xác của dụng cụ đo. Phương pháp nội suy tuyến tính bậc nhất có hệ số biến đổi động được mô tả như sau. Hình 3.6: Mô tả đặc tuyến của thiết bị sau được tuyến tính hóa Tương ứng với mỗi một đại lượng Y bất kỳ, giả sử nằm trong khoảng Yi Yi+1, đa thức nội suy bậc nhất có hệ số biến đổi riêng. Chương trình tính được nạp sẵn, mỗi lần nhận kết quả đo là một lần chương trình được khởi động và tính toán đại lượng cần đo dựa vào một trong hai công thức: hoặc (3.3) Các bước xử lý tín hiệu: Bước 1: Nhập dữ liệu của bảng khắc độ Yi = f(Xi) vào bộ nhớ trong thiết bị tính. Có thể là dữ liệu khảo sát hoặc cho trong datasheet của cảm biến Bước 2: Nhận kết quả đo từ bộ biến đổi tương tự số. Bước 3: Dựa vào bảng khắc độ đo Y tính hiệu Y-Yi, từ đó tìm giá trị tuyệt đối cực tiểu hiệu Y-Yi. Bước 4: Tìm cặp dữ liệu Xi,Yi gần X,Y. Nếu abs(Y-Yi) min(abs(Y-Yi)) thì điểm khắc độ Yi gần Y nhất. Từ đây ta xác định được cặp dữ liệu Xi, Yi. Nếu hiệu Y-Yi < 0 thì khoảng giá trị lựa chọn là Yi-1Yi, nếu hiệu Y-Yi 0 thì khoảng dữ liệu lựa chọn là Yi Yi+1. Bước 5: Tính đại lượng X sử dụng một trong hai công thức (3.3). Ta cũng có thể xác định đại lượng cần đo X thông qua việc giải phương trình bậc nhất qua hai điểm khắc độ kề cận để tìm nghiệm: (3.4) ở đây a1,b1 là hệ số của hàm tuyến tính. Theo giải pháp lựa chọn đa thức bậc nhất với hệ số biến đổi động theo khoảng giá trị đại lượng đầu vào ta thấy hàm biến đổi của bộ biến đổi đo lường sơ cấp (cảm biến) được thay thế bằng đường gấp khúc m-1 đoạn (m - thứ tự số liệu cuối cùng của dữ liệu bảng khắc độ) và luôn tồn tại sai số phi tuyến vì rằng quy luật biến đổi thực của bộ biến đổi sơ cấp là phi tuyến thì quy luật các điểm nằm giữa 2 điểm khắc độ cũng tuân theo quy luật đó. Tuy nhiên sai số này sẽ không đáng kể nếu bảng khắc độ được nhập không cách xa nhau. 3.3.2 Lưu đồ thuật toán và chương trình 3.3.2.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính a. Nhiệm vụ: Quản lý mọi hoạt động của thiết bị đo, thông qua việc kiểm tra và gọi các hàm con thực hiện các chức năng tương ứng. b. Nguyên lý Bước 1: Chọn chế độ đo. Bước 2: Hiển thị chế độ đo lên màn hình LCD. Nếu chế độ đo tại thời điểm Ti-1 # Ti thì hiển thị chế độ đo bằng không thì quay trở lại vòng lặp. Bước 3: Đọc dữ liệu từ bộ chuyển đổi tương tự số, xử lý dữ liệu và hiển thị dữ liệu. Trong chế độ chọn chế độ nếu phát hiện nút ấn chuyển chế độ ET = 0, thì chương trình chuyển sang chế độ đọc, xử lý và hiển thị dữ liệu. Đồng thời trong quá trình xử lý dữ liệu phát hiện nút chuyển chế độ ET=0, thì chương trình ngừng quá trình đọc xử lý và hiển thị dữ liệu để chuyển sang chế độ chọn chế độ. c. Lưu đồ thuật toán Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán chương trình chính Chú thích: GTSET = 0: xử lý và hiển thị dữ liệu, GTSET = 0FFH chọn và hiển thị chế độ đo. ET = 0: lấy bù giá trị của GTSET. CHTCD: giá trị so sánh cho phép hiển thị chế độ. CĐ0, CĐ1: chế độ hiện trước và chế độ hiện tại. R0: giá trị tạo trễ. 3.3.2.2 Lưu đồ thuật toán hàm chọn chế độ a. Nhiệm vụ Chọn chế độ đo khi được gọi bởi hàm MAIN. b. Nguyên lý làm việc Bước 1: Kiểm tra nút ấn BACK nếu BK= 0 thì chuyển về chế độ có trước chế độ hiện tại. Bước 2: Kiểm tra nút ấn FW nếu FW = 0 thì chuyển sang chế độ đo tiếp theo. Bước 3: Định các chế độ đo và hiển thị tương ứng. c. Lưu độ thuật toán Hình3.8: Lưu đồ thuật toán hàm chọn chế độ Ghi chú: ET: Nút ấn chọn chế độ hiển thị dữ liệu và chọn chế độ. FW: chuyển sang chế độ tiếp theo. BK: chuyển về chế độ trước. GSET: GSET= 0 được phép chọn chế độ. GSET ≠ 0 thực hiện xử lý và hiển thị giá trị đo. GSBF: GSBF= 0 chế độ đo nhiệt độ, GSBF= 1 chế độ đo áp suất, GSBF= 2 chế độ đo lưu lượng. 3.3.2.3 Lưu đồ thuật toán hàm hiển thị chế độ a. Nhiệm vụ Hiển thị chế độ đo khi được gọi bởi hàm MAIN. b. Nguyên lý hoạt động Bước 1: Định chế độ hiển thị (ma trận 5*7, địa chỉ hiển thị dữ liệu đầu tiên). Bước 2: Hiển thị dữ liệu. Bước 3: Kiểm tra kết thúc dữ liệu. Nếu hiển thị song thì thoát khỏi vòng lặp, bằng không thì quay trở lại vòng lặp. c. Lưu đồ thuật toán Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán hàm hiển thị chế độ 3.3.2.4 Lưu đồ thuật toán hàm xử lý dữ liệu a. Nhiệm vụ Đọc dữ liệu từ bộ chuyển đổi tương tự số ADC0804, xử lý tính toán dữ liệu theo phương pháp nội suy đa thức bậc nhất với hệ số biến đổi động và đưa dữ liệu vào vùng dữ liệu hiển thị. b. Nguyên lý hoạt động Bước 1: Đọc dữ liệu (Y) từ bộ chuyển đổi tương tự số ADC0804. Bước 2: Tìm hai cặp dữ liệu (Xi,Yi) và (Xi+1,Yi+1) sao cho Yi <Y< Yi+1. Bước 3: Tìm giá trị đo (X) dựa vào biểu thức: Bước 4: Chuyển dữ liệu tìm (X) được vào vùng dữ liệu hiển thị . c. Lưu đồ thuật toán Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán hàm xử lý dữ liệu 3.3.2.5 Lưu đồ thuật toán hàm hiển thị dữ liệu a. Nhiệm vụ Hiển thị kết quả đo lường, khi được gọi từ hàm MAIN. b. Nguyên lý hoạt động Bước 1: Định chế độ hiển thị (vị trí đầu tiên của dữ liệu trên LCD). Bước 2: Loại bỏ các chữ số không ở phía trước của giá trị dữ liệu hiển thị. Nếu các chữ số đầu tiên của dữ liệu là số không thì ta thay chúng bằng “dấu cách” . Bước 3: Hiển thị dữ liệu trên màn hình LCD. Bước 4: Kiểm tra kết thúc hiển thị. Nếu hiển thị hết dữ liệu thì kết thúc hiển thị quay trở về hàm MAIN để chuẩn bị cho chu kỳ sau, trái lại thì quay trở lại vòng lặp tiếp tục hiển thị dữ liệu. c. Lưu đồ thuật toán Hình 3.11: Lưu đồthuật toán hàm hiển thị dữ liệu Ghi chú: DLCDi là dữ liệu cần hiển thị (i= 0...DGSK-1) 3.3.2.6 Các hàm cơ bản khác được sử dụng trong chương trình a. Chương trình $INCLUDE(REG51.INC) $INCLUDE(SYMBOL.INC) MOV CHTC,#0FFH MOV GSET,#0H MOV A,#01H LCALL COMMAND MAIN: ACALL CCD ;Chọn chế độ MOV A,GSET CJNE A,#0H,LAP LCALL CHO MOV A,GSBF CJNE A,CHTC,LAP1 JMP MAIN LAP1: MOV CHTC,GSBF LCALL HTCD ;Hiển thị chế độ SJMP MAIN LAP: SJMP LAP5 LAP2: MOV R0,#00H LAP3: LCALL CHO INC R0 JB ET,LAP4 MOV A,#01H LCALL COMMAND MOV CHTC,#0FFH SJMP MAIN LAP4: CJNE R0,#05H,LAP3 LAP5: LCALL SLDL ;xử lý dữ liệu LCALL HTDL ;hiển thị dữ liệu SJMP LAP2 END. b. Chương trình CCD: SETB ET SETB BK SETB FW JB ET,CCD1 MOV A,GSET CPL A MOV GSET,A CCD1: MOV A,GSET CJNE A,#00H,CCD2 JB BK,W1 MOV A,GSBF CJNE A,#00H,W MOV GSBF,#3 W: DEC GSBF W1: JB FW,CCD2 MOV A,GSBF CJNE A,#02H,W2 MOV GSBF,#0FFH W2: INC GSBF CCD2: MOV DPTR,#BDLCD MOV A,GSBF CJNE A,#00H,CDH1 MOV DGSK,#49H MOV DLCD7,#12 MOV DLCD8,#13 MOV FADL,#0C7H MOV RANG,#00H SJMP CCD3 CCD21: CJNE A,#01H,CDH2 MOV DGSK,#4BH MOV DLCD7,#11 MOV DLCD8,#17 MOV DLCD9,#18 MOV DLCDA,#19 MOV FADL,#0C5H MOV RANG,#03H SJMP CCD3 CCD22: MOV DGSK,#4BH MOV DLCD7,#11 MOV DLCD8,#14 MOV DLCD9,#15 MOV DLCDA,#16 MOV FADL,#0C5H MOV RANG,#07H CCD3: ACALL RANGE RET c. Chương trình HTCD: MOV DPTR, #BDLCD MOV A, GSBF CJNE A, #00H, HT1 MOV FDCL, #84H MOV FDCB, #00H MOV GSEC, #09H SJMP HT3 HT1: CJNE A, #01H, HT2 MOV FDCL, #84H MOV FDCB, #09H MOV GSEC, #18 SJMP HT3 HT2: MOV FDCL, #84H MOV FDCB, #18 MOV GSEC, #28 HT3: ;Hien thi che do MOV A, #38H ACALL COMMAND MOV A, #0CH ACALL COMMAND MOV A, FDCL ACALL COMMAND MOV R0, FDCB LCD: MOV A, R0 MOVC A, @A + DPTR ACALL DISPLAY INC R0 MOV A, R0 CJNE A, GSEC, LCD MOV A, #0CH ACALL COMMAND RET. d Chương trình XLDL: MOV FX2,#15H MOV CEX2,#0FH MOV FX1,#1BH MOV CEX1,#15H ACALL DADC ACALL GANDL ACALL TINH ACALL CDL RET DADC: ; đọc ADC MOV ADL,#0FFH SETB INRT SETB CS SETB ARD SETB AWR CLR CS CLR AWR SETB AWR ADC: JB INRT,ADC CLR ARD LCALL CHO MOV A,ADL MOV Y,A SETB ARD SETB CS RET GANDL: ; Tìm hai cặp dữ liệu (Xi,Yi) và (Xi+1,Yi+1) ACALL SBDLY MOV R0,#0FFH GAN: CLR C INC R0 MOV A,R0 MOVC A, @A+DPTR SUBB A,Y JC GAN MOV A,R0 MOVC A, @A+DPTR MOV Y2,A MOV A,R0 DEC A MOVC A, @A+DPTR MOV Y1,A MOV R1,FX2 ACALL MOVXR DEC R0 MOV R1,FX1 ACALL MOVXR RET SBDLY: MOV A,GSBF CJNE A,#2,CBY1 JMP LUULUONGY CBY1: MOV A,GSBF CJNE A,#0,APSUATY NHIETDOY: MOV DPTR,#BNY RET APSUATY: MOV DPTR,#BAY RET LUULUONGY: MOV DPTR,#BLY RET MOVXR: MOV A,GSBF CJNE A,#2,CBX1 JMP LUULUONGX CBX1: CJNE A,#0,APSUATX NHIETDOX: MOV DPTR,#BNX0 ACALL UBCD MOV DPTR,#BNX1 ACALL UBCD MOV DPTR,#BNX2 ACALL UBCD RET APSUATX: MOV DPTR,#BAX0 ACALL UBCD MOV DPTR,#BAX1 ACALL UBCD MOV DPTR,#BAX2 ACALL UBCD RET LUULUONGX: MOV DPTR,#BLX0 ACALL UBCD MOV DPTR,#BLX1 ACALL UBCD MOV DPTR,#BLX2 ACALL UBCD RET UBCD: MOV A,R0 MOVC A, @A+DPTR ANL A,#0FH MOV @R1,A DEC R1 MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR ANL A,#0F0H SWAP A MOV @R1,A DEC R1 RET TINH: ;Tính toán và sử lý dữ liệu ACALL CHIA MOV FUB,FX2 MOV CUBE,CEX2 MOV FU,FX1 MOV FPUT,#21H ACALL TRU MOV FXT1,#29H MOV FX,#VP2 MOV CXE,#FX1 MOV FXB,FPUT MOV CXBE,FX1 MOV FA,#29H MOV FAB,#31H MOV CEAB,#29H ACALL NHAN MOV A,KPUT CJNE A,#00H,NHAY MOV FUB,FX2 MOV CUBE,CEX2 MOV FU,#2FH MOV FPUT,#15H ACALL TRU JMP CUOI NHAY: MOV FA,#2FH MOV FAB,FX2 MOV CEAB,CEX2 ACALL CONG CUOI: RET CDL: ;Chuyển dữ liệu X vào vùng dữ liệuhiển thị MOV R0,FX2 MOV R1,#DLCD5 CDL1: MOV A,@R0 MOV @R1,A DEC R0 DEC R1 MOV A,R0 CJNE A,CEX2,CDL1 MOV DLCD6,DLCD5 MOV DLCD5,DLCD4 MOV DLCD4,#10 RET e. Chương trình HTDL: ; hiển thị dữ liệu MOV DPTR,#BDLHT MOV A,FADL ACALL COMMAND SMART: MOV A,DLCD0 CJNE A,#00H,GTR2 MOV A,DLCD1 CJNE A,#00H,GTR1 MOV A,DLCD2 CJNE A,#00H,GTR0 MOV DLCD2,#11 MOV DLCD1,#11 MOV DLCD0,#11 MOV R0,#DLCD0 JMP HD GTR0: MOV R0,#DLCD0 MOV DLCD1,#11 MOV DLCD0,#11 JMP HD GTR1: MOV R0,#DLCD0 MOV DLCD0,#11 JMP HD GTR2: MOV R0,#DLCD0 HD: MOV A,@R0 MOVC A, @A + DPTR ACALL DISPLAY INC R0 MOV A,R0 CJNE A,DGSK,HD RET. f. Hàm ghi lệnh lên LCD (command) COMMAND: ACALL READY MOV PLCD,A CLR RS CLR RW CLR EC SETB EC RET g. Hàm hiển thị dữ liệu lên LCD (display) DISPLAY: ACALL READY MOV PLCD,A SETB RS CLR RW CLR EC SETB EC RET h. Hàm thông báo ADC đã chuyển đổi dữ liệu song sẵn sàng để lấy dữ liệu READY: SETB CB CLR RS SETB RW LOP: CLR EC SETB EC JB CB,LOP RET. i. Hàm chờ CHO: MOV R5,#02H CH: MOV R6,#78 CH1: MOV R7,#150 DJNZ R7,$ DJNZ R6,CH1 DJNZ R5,CH RET. k. Hàm cộng CONG: MOV R0,FAB MOV R1,FA MOV R2,#00H ADDR: CLR C MOV A,@R0 ADD A,@R1 CLR C ADD A,R2 MOV R2,#00H MOV B,#10 DIV AB MOV R2,A MOV @R0,B DEC R0 DEC R1 MOV A,R0 CJNE A,CEAB,ADDR MOV KCSA,R2 RET l. Hàm trừ TRU: MOV KPUT,#00H SBB2: MOV R0,FUB MOV R1,FU MOV R2,#00H MOV R4,FPUT SBB: CLR C MOV A,@R1 ADD A,R2 MOV R2,#00H MOV R3,A MOV A,@R0 SU: CLR C SUBB A,R3 JNC SB MOV A,@R0 ADD A,#10 INC R2 JMP SU SB: MOV R6,00H MOV R7,A MOV A,R4 MOV R0,A MOV A,R7 MOV @R0,A MOV R0,06H DEC R0 DEC R1 DEC R4 MOV A,R0 CJNE A,CUBE,SBB MOV A,R2 JZ SBB1 MOV KPUT,#01H MOV R2,#00H MOV R0,FUB MOV R1,FU MOV R4,FPUT HC: MOV A,@R0 XCH A,@R1 MOV @R0,A DEC R0 DEC R1 MOV A,R0 CJNE A,CUBE,HC JMP TRU SBB1: RET m. Hàm nhân NHAN: MOV R0,FAB NH: MOV A,#00H MOV @R0,A DEC R0 MOV A,R0 CJNE A,CEAB,NH MOV R0,FX MOV R1,FXT1 NX: MOV R6,00H MOV R7,01H MOV R2,#00H MOV 03H,@R0 MOV R0,FXB NR: MOV 0F0H,R3 MOV A,@R0 MUL AB ADD A,R2 MOV R2,#0H MOV B,#10 DIV AB MOV @R1,0F0H MOV R2,A DEC R0 DEC R1 MOV A,R0 CJNE A,CXBE,NR LCALL CONG MOV R0,06H MOV R1,07H MOV @R1,#00H DEC R1 DEC R0 MOV A,R0 CJNE A,CXE,NX RET n. Hàm chia CHIA: MOV A,Y2 CLR C SUBB A,Y1 MOV R0,A MOV A,Y2 CLR C SUBB A,Y MOV B,00H DIV AB MOV VP0,A MOV A,0F0H MOV B,#10 MUL AB MOV B,R0 DIV AB MOV VP1,A MOV A,0F0H MOV B,#10 MUL AB MOV B,R0 DIV AB MOV VP2,A RET o. Hàm giao tiếp với PC MOV P0,#00H MOV P2,#0FFH MOV TMOD,#20H MOV SCON,#52H MOV TH1,#-3 MOV TL1,#-3 SETB TR1 RECEIVER: JNB RI,TRANSMIT CLR RI MOV A,SBUF MOV DL_REC,A TRANSMIT: JNB TI,RECEIVER CLR TI MOV A,DL_TRAN MOV SBUF,A JMP RECEIVER RET p. Bảng symbol $INLUDE(REG51.INC) ; FA DATA 7FH ;địa chỉ giá trị đầu tiên của số cộng FAB DATA 7EH ;địa chỉ giá trị đầu tiên của số bị cộng CEAB DATA 7DH ;giá trị so sánh kết thúc số bị cộng KCSA DATA 7CH ;địa chỉ kiểm tra kết quả phép cộng FUB DATA 7BH ;địa chỉ đầu tiên của số bị trừ CUBE DATA 7AH ;giá trị so sánh kết thúc số bị trừ FU DATA 79H ;địa chỉ giá trị đầu tiên của số trừ FPUT DATA 78H ;địa chỉ giá trị đầu tiên của kết quả phép trừ KPUT DATA 75H ;địa chỉ kiểm tra dấu của kết quả phép trừ ; FXT1 DATA 74H ;địa chỉ đầu tiên của kết quả phép nhân đơn FX DATA 73H ;địa chỉ giá trị đầu tiên của số nhân CXE DATA 72H ;giá trị so sánh kết thúc số nhân FXB DATA 71H ;địa chỉ giá trị đầu tiên của số bị nhân CXBE DATA 70H ;giá trị so sánh kết thúc số bị nhân ; Y1 DATA 6FH ; giá trị của số Yi Y2 DATA 6EH ; giá trị của số Yi+1 Y DATA 6DH ; giá trị của đại lượng đầu vào lấy từ ADC VP2 DATA 6CH ; giá trị đầu tiên trong kết quả phép chia VP1 DATA 6BH ; giá trị thứ hai trong kết quả phép chia VP0 DATA 6AH ; giá trị thứ ba trong kết quả phép chia ; FX1 DATA 69H ;địa chỉ đầu tiên của Xi CEX1 DATA 68H ;địa chỉ so sánh kết thúc của Xi FX2 DATA 67H ; địa chỉ đầu tiên của Xi+1 CEX2 DATA 66H ;địa chỉ so sánh kết thúc của Xi+1 DGSK DATA 65H ;giá trị so sánh kết thúc hiển thị dữ liệu GSET DATA 64H ;giá trị so sánh phím ENTER GSBF DATA 63H ; giá trị so sánh phím BACK và FORWARD RANG DATA 62H ;lựa chọn dải đo RANG=0...8 FADL DATA 61H ;địa chỉ hiển thị dữ liệu đầu tiên trên LCD GSEC DATA 60H ;giá trị so sánh kết thúc chế độ trên LCD FDCB DATA 5FH ; biến đếm kí tự hiển thị của BDLCD FDCL DATA 5EH ;chọn vị trí hiển thị chế độ CHTC DATA 5DH ; cho phép hiển thị chế độ ;các bít và dữ liệu có liên quan đến hiển LCD DLCD0 DATA 40H ;dữ liệu đo X cần hiển thị trên LCD DLCD1 DATA 41H DLCD2 DATA 42H DLCD3 DATA 43H DLCD4 DATA 44H DLCD5 DATA 45H DLCD6 DATA 46H DLCD7 DATA 47H DLCD8 DATA 48H DLCD9 DATA 49H DLCDA DATA 4AH PLCD DATA P1 ;cổng suất dữ liệu của LCD RS BIT P3.6 ;RS=1 thanh ghi dữ liệu, RS=0 thanh ghi lệnh RW BIT P3.7 ;RW=1 đọc dữ liệu , RW=0 ghi dữ liệu lên LCD EC BIT P0.0 ;EC=0 cho phép thao tác ghi , dọc lên LCD BK BIT P0.1 ;BK=0 và GSET=0 trở về chế độ kề ttrước FW BIT P0.2 ;FW=0 và GSET=0 chuyển sang chế độ kế tiếp ET BIT P0.3 ;GSET=1 hiển thị dữ liệu, GSET=0 chọn chế độ PC BIT P0.4 ; chọn chế độ đo hay truyền dữ liệu cho PC CB BIT P1.7 ;Cờ báo trạng thái LCD ;các bit và dữ liệu được sử dụng trong quá trình dọc dữ liệu từ ADC ADL DATA P2 ;dữ liệu vào từ ADC CS BIT P3.3 ;CS=0 chọn chíp ADC AWR BIT P3.5 ;CS=0 và AWR=0 chuyển đổi dữ liệu trong ADC ARD BIT P3.4 ;CS=0, INRT=0 va ADR=0 dọc dữ liệu từ ADC INRT BIT P3.2 ;INRT báo việc chuyển đổi hoàn tất ;các bít điều khiển IC 4051(MUX) CLRE DATA P0 ;cổng dùng để điều khiển dải đo AM BIT P0.5 ;bít lựa chọn A BM BIT P0.6 ; bít lựa chọn B CM BIT P0.7 ; bít lựa chọn C Chương 4: Kết luận và khuyến nghị 4.1 Kết luận Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc một cách nghiêm túc cùng vơi sự giúp đỡ, chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy Nguyễn Thành Long và các thầy cô giáo trong khoa Điện - Điện Tử cùng các bạn trong lớp, đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài. Với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị đo các đại lượng không điện” chúng em đã đo được các đại lượng nhiệt độ, lưu lượng, áp suất. Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã vận dụng được những kiến thức đã học, tự mình đánh giá được trình độ bản thân, nghiên cứu và học hỏi tìm ra phương án giải quyết, tiếp cận với những thiết bị thực tế. Sau một thời gian thực hiện đề tài chúng em đã đạt được những kết quả sau: a. Nội dung lý thuyết - Tìm hiểu về một số đại lượng không điện: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng. Các phương pháp đo và cảm biến được sử dụng. - Tìm hiểu chuyển đổi tương tự số, một số IC chuyển đổi (ADC 0804, ADC 0809, ADC 0801). - Tìm hiểu về vi điều khiển (AT89C51). - Màn hình hiển thị LCD. - Tìm hiểu truyền thông với máy tính bằng VDK b. Ứng dụng: -Thiết kế chế tạo module đáp ứng các yêu cầu đặt ra. - Đặc biệt với phần mềm được viết cho Module có thể sử dụng với các cảm biến có đường đặc tuyến bất kỳ để đo các đại lượng không điện. với phần mềm này cũng có thể áp dụng trong việc chế tạo các cảm biến có đặc tuyến phi tuyến. Thông qua quá trình thực hiện đề tài chúng em dần làm quen với cách làm việc độc lập cũng như phối hợp làm việc theo nhóm và dần biết cách tổ chức công việc và sắp xếp thời gian hợp lý. Tuy nhiên do thời gian và trình độ còn hạn chế nên phần thiết kế phần cứng và phần mềm trên máy tính chưa được tối ưu. Về phần cứng chỉ thích hợp với các cảm biến có dải điện áp ra 0V5V, với cảm biến có đầu ra là dòng điện thì thích hợp với hai loại cảm biến áp suất và lưu lượng đã nêu. Đối với những loại cảm biến có điện áp ra lớn hơn ta phải chế tạo thêm một bộ phân áp để điện áp đưa vào Module nhỏ hơn 5V. Về phần mềm trên PC chỉ mang tính chất thử nghiệm, chưa thực hiện tính toán trên PC cũng như chưa lưu dữ liệu vào PC dưới dạng cơ sở dữ liệu. Bảng4.1: Thông số thiết bị Vcc 9v32v Dải đo nhiệt độ 0150C(out put :05V) Dải đo áp suất 0100psig(out put:0 40mA) Dải đo lưu lượng 020l/phút(out put: 040mA) Kích cỡ 15cm 25cm 10cm 4.1 Khuyến nghị Từ những kết quả nghiên cứu của nhóm trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em hy vọng đây sẽ là cơ sở để thiết kế chế tạo một thiết bị đo số. thiết bị này có thể đo được một số đại lượng không điện, cũng như có khả năng cung cấp dữ liệu cho máy tính cũng như cho các hệ thống khác để lưu trữ và xử lý. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt là thầy Nguyễn Thành Long, cũng như các bạn trong lớp đã tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp ý kiến để chúng em có thể hoàn thành đề tài này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện. Phụ lục 1 Những linh kiện sử dụng trong Module 1. Chip vdk AT89C52 AT89C51 được sử dụng với nhiệm vụ chính là để điều khiển toàn bộ quá trình hoạt động của module như: chọn chế độ đo, đọc và sử lý dữ liệu, điều khiển quá trình hiển thị, truyền thông giữa module với máy tính... trên cơ sở chương trình được viết sẵn lạp trong module. Hình bên giới thiệu hình vẽ nguyên lý của bộ vi điều khiển AT89C51. Chi tiết về choc năng của các chân linh kiện và choc năng của bộ vi điều khiển các bạn có thể xem trong tài liệu [3]. Phụ lục 1.1: Hình vẽ nguyên lý 2. Max 23 AT89C51 Vi mạch Max232 là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện nối tiếp với máy tính. Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức điện áp TTL và CMOS giúp cho VDK có thể giao tiếp được với máy tính. Phụ lục1.2 Hìnhvẽ nguyên lý max 2.3.2 Max232 có hai bộ điều khiển đường truyền là: bộ T1 với R1 và bộ T2 với R2. Trong trường hợp giao tiếp với 8051 chỉ có một bộ được dùng là bộ T1 với R1. Max 232 sử dụng bốn tụ điện có giá trị: 10F25F 3. Bộ chuyển đổi tương tự số ADC0804 Phụ lục1.3 Hình nguyên lý ADC0804 DB0 tới DB7: là các chân dữ liệu CS: chân cho phép chọn chíp tích cực ở đầu vào thấp RD: Chân cho phép đầu ra khi CS=0, đồng thời có một xung cao xuống thấp ở chân RD thì dữ liệu dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu D0D7. WR: chân báo bắt đầu chuyển đổi, khi CS=0, đồng thời có một xung cao xuống thấp ở chân WR thì tín hiệu đầu vào bắt đầu được chuyển đổi. INTR: Chân báo chuyển đổi song, bình thường chân này ở mức cao, khi việc chuyển đổi xong thì chân này trở về mức thấp. Vref: điện áp chuẩn của ADC, chân này ảnh hưởng tới độ phân giải của adc Vin+: đầu vào cộng của ADC Vin- : đầu vào âm của ADC Điện áp vào của ADC được tính như sau : Uvào=(Vin+)-(Vin-) UvaoMax=2Vref Khi đó độ phân giải của ADC được tính như sau : Kích thước bước= (3.1) CLK IN và CLK R: CLK In được nối tới chân đầu ra của bộ tạo đồng hồ ngoài. Tuy nhiên nếu ta dùng đồng hồ trong của 0804 thì hai chân này được nối tới một tụ điện và một điện trở. Lúc này tần số của đồng hồ được xác định như sau: f= (3.2) Vcc : chân nguồn nuôi +5V AGND và DGND: là chân đất tương tự và chân đất số 4.Swicth 4051 Phụ lục1.2: Function table Input Chanel on INH S2 S1 S0 L L L L L L L L H L L L L H H H H X L L H H L L H H X L H L H L H L H X X0-X X1-X X2-X X3-X X4-X X5-X X6-X X7-X None Phụ lục1.4 Hình nguyên lý 4051N X0X7: là các đầu vào X: đầu ra INH: chân cho phép A,B,C: là ba chân địa chỉ, chúng quyết định chân nào được nối tới đầu ra X. 5. ICL 7660 : Vi mạch này có tác dụng tạo nguồn âm từ nguồn đơn cực để cung cấp cho khuyếch đại thuật toán LM 741. Chân đầu ra là chân số 3 sẽ cho ta một điện áp âm 5V. Phụ lục1.5 Mạch nguyên lý bộ tạo nguồn âm 6. Khuyếch đại thuật toán LM741 Là bộ khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn. Được sử dụng nhiều trong các bộ đo lường và điều khiển. Phụ lục1.5 Hìnhnguyên lý LM741 Phụ lục 2: Chi phí chế tạo TT Tên linh kiện Đơn giá(vnđ) Số lượng Thành tiền 1 AT89C52 22.000 1 22.000 2 ĐếAT89C51 4.000 1 4.000 3 ADC0804 25.000 1 25.000 4 4051N 2.500 1 2.500 5 LM741 3.000 1 3.000 6 ICL7660 5.000 1 5.000 7 MAX232 10.000 1 10.000 8 7805 3.500 2 7.000 9 7812 3.500 1 3.500 10 1N4446 2.000 3 6.000 11 LM336 12.000 1 12.000 12 LCD 65.000 1 65.000 13 Điện trở 4.000 14 Thạch anh 2.500 1 2.500 15 Com 12.000 1 12.000 16 đầu USB, dây 2 bộ 25.000 17 Tụ 3.000 18 đầu cắm 3.500 6 bộ 21.000 19 Nút,công tắc 1.500 6 9.000 20 Pin lithium 9.000 2bộ 18.000 21 Board 104.000 Tổng chi phí: 363.500 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Cảm biến và ứng dụng- Dương Minh Trí- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051- Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Đo lường và điều khiển bằng máy tính- Ngô Diên Tập- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Giáo trình cảm biến- Phan Quốc Phô chủ biên- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Giáo trình đo lường các đại lượng điện và không điện- Nguyễn Văn Hoà- Nhà xuất bản giáo dục.