Đề tài Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh

Trường đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử    Thuyết minh đồ án Đề tài: “ Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh”. Page 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ........................... ..................................................... ........................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... Hưng Yên, Ngày. tháng .... năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Page 2 MỤC LỤC PHẦN I : MỞ ĐẦU........................................................................................................4 I.1 LỜI MỞ ĐẦU......................................................................4 I.2 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI................................................................................5 I.3 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỒ ÁN.................................................................6 PHẦN II:LÝ THUYẾT LIÊN QUAN.....................................................................................7 II.1 CÁC LINH KỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH.......................................................7 II.2. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ VI SỬ LÝ 89C51......................................................7 II.3.NGUYÊN LÍ CỦA MỘT SỐ LINH KỆN TRONG VIỆC DO LƯỜNG...18 II.3.1. CHIP ADC0804.....18 II.3.2 CẤU TRÚC ẠNG MÃ HIỂN THỊ DỮ LIỆU TRÊN LED 7 THANH.22 II.4 CÁC LINH KỆN KHÁC.25 PHẦN III: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG....26 III.1 PHƯƠNG ÁN 1.....................................................................................................26 III.2 PHƯƠNG ÁN 2 ... ..34 PHÂN IV: THIẾT KẾ MẠCH.......32 IV.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ...32 IV.2 SƠ ĐỒ MẠCH IN. 34 IV.4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN..36 PHẦN V: ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI.....38 PHẦN VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......40 Page 3 PHẦN I: MỞ ĐẦU I.1.Lời mở đầu Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành Kỹ thuật Điện tử. Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa học vào đời sống. Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Trong đó có sự đóng góp không nhỏ của kỹ thuật vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển đang đựơc ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Hầu hết là các thiết bị được điều khiển tự động từ các thiết bị văn phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều dùng các bộ vi điều khiển nhằm đem lại sự tiện ghi cho con người trong thời đại công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Điện áp là một đại lượng rất quan trọng trong kĩ thuật điện–điện tử, mốn điều khiển một thiết bị hay một linh kiện điện tử nào đó ta phải quan tâm đến điện áp để điều khiển nó đầu tiên. Thị trường đã sản xuất ra loại đồng hồ cơ ,tuy có thể đo điện áp nhưng ko thực sự chính xác, do vậy việc chế tạo ra một loại thiết bị đo có độ chính xác cao là rất cần thiết. Sau thời gian học tập rèn luyện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, được sự đồng ý cuả thầy Đỗ Thành Hiếu nhóm chúng em tiến hành thực hiện đồ án chuyên ngành: “ Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh”. Với mong muốn đáp ứng được yêu cầu đặt ra trong việc nghiên cứu, đo lường về điện áp một chiều. Từ đó có thể điều khiển và sử lý điện một cách chính xác hơn. Page 4 I.2.Nhiệm vụ của đề tài Tên đề tài: “Thiết kế và thi công mạch đo điện áp một chiều, hiển thị Led 7 thanh” 1. Dữ liệu cho trước 1. Các tài liệu tham khảo, tài liệu chuyên môn. 2. Trang thiết bị, máy móc tại xưởng thực tập. 3. Cać chip vi điều khiển thuộc họ 8051. 2. Nội dung cần hoàn thành - Phần lí thuyết: 1. Tính cấp thiết của đề tài. 2. Giới thiệu chung về vi điều khiển. 3. Thiết kế mạch điều khiển. 4. Lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển. 5. Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài. - Sản phẩm: 1. Hoạt động chính xác và ổn định. 2. Đạt yêu cầu kĩ thuật và mỹ thuật. Page 5 Khối ADC NguồnKhối hiển thị I.3 Mục đích, yêu cầu của đồ án: -Mục đích: tạo được thiết bị đo điện áp có độ chính xác cao -Sơ đô khối mạch đo điện áp: PHẦN II: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Page 6 Điện áp đo Khối sử lý AT89c5 1 II.1. Các linh kiện sử dụng trong mạch - Sử dụng vi điều khiển họ 8051. -ADC 0804 - Hiển thị bằng led 7 đoạn II.2.Các đặc điểm của hệ vi sử lý 89C51 Vi điều khiển (VĐK) là một hệ vi xử lý được tổ chức trong một chíp. Nó bao gồm: + Bộ vi xử lý + Có 40 chân + 4 kbyte ROM. 1, có thể ghi xoá được 1000 lần + 4 kbyte EPROM. + Dải tần số hoạt động từ 0MHz đến 24Mhz + Có 4 port xuất nhập (I/O) 8 bit + Có 128 byte RAM + 2 bộ định thời 16 bit + Mạch giao tiếp nối tiếp + Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64k byte. + Không gian nhớ Data ngoài 64k byte. + Bộ xử lý bit thao tác trên các bit riêng. + 210 vị trí nhớ định địa chỉ, mỗi vị trí một bit. + Các thanh ghi chức năng, cơ chế điều khiển ngắt . + Các bộ thời gian dùng trong limh vực chia tần số và tạo thời gian thực. + Có thể lập trình được qua cổng nối tiếp + Bộ vi điều khiển có thể lạp chương trình để điều khiển các thiết bị thông tin, viễn thông thiết bị đo lường,thiết bị điều chỉnh cũng nhuu các ứng dụng trong công nghệ thong tin và kỹ thuật điều khiển tự động. có thể xem bộ VĐK như một hệ VXL on-chíp đối với AT89C51, nó có đầy đủ chức năng của một hệ VXL 8 bit, được điều khiển bởi một hệ lệnh, có số lệnh đủ mạnh, cho phép lập trình bằng hợp ngữ (Assemply). Page 7 Cơ bản về cấu tạo của AT89C51 Hình1.1 : Sơ đồ chân của 89C51 Page 8 Hình 1.2 : Sơ đồ khối của 89C51 Page 9 + GND(chân 20): Chân nối với 0v + potr 0(chân 32 – chân 29) port 0 là port xuất nhập 8 bit hai chiều. Port 0 còn được cấu hình làm bus địa chỉ( byte thấp) và bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho. Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình ( các điện trở kéo lên bên ngoài được cần đến trong khi kiểm tra chương trình). + Port 1( chân 1- 8): port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều. Port1 cũng nhận byte địa chỉ thấp trong thời gian lập trình cho Flash. + Port 2 ( chân 21 – 28): Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều. Port 2 tạo ra các byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài, sử dụng các địa chỉ 16 bit. Trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 8 bit, port 2 phát các nội dung của các thanh ghi đặc biệt, port 2 cũng nhận các bits địa chỉ cao và vài tín hiệu điều khiển trong thời gian lập trình cho Flash và kiểm tra chương trình. + Port 3 ( chân 10- 17): Port 3 cũng nhận một vài tín hiêu điều khiển cho việc lập trình Flash và kiểm tra chương trình. Port 3 là port xuất nhập 8 bit hai chiều, port 3 cũng còn làm các chức năng khác của AT89C51. các chức năng này được nêu như sau: Chân Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào port nối tiếp P3.1 TxD Ngõ ra port nối tiếp P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1 P3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0 P3.6 WR Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài + RST ( chân 9) Ngõ vào reset. Mức cao trên chân này trong hai chu kỳ máy trong khi bộ dao động đang hoạt động sẽ reset AT89C51 + ALE/PROG( chân 30) ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng làm ngõ vào chân lập trình (PROG) trong thời gian lạp trình cho Flash. Khi hoạt động bình thường xung ngõ ra luôn có tần số không đổi là 1/6 tần số của mạch dao động, có thể được dùng cho các mục đích định thời bên ngoài. Khi cần, hoạt Page 10 động chân ALE có thể được vô hiệu hoá bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ 8Eh. Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực hiện lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngược lại chân này sẽ được kéo lên cao. Việc set bit không cho phép hoạt động chôt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài. + PSEN(chân 29): PSEN (program Store Enable) là xung điều khiển truy xuất chương trình ngoài. Khi AT89C51 đang thực thi chương trình từ bộ nhớ chương trình ngoài, PSEN được kích hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt động PSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài. + EA vpp(chân 31): Là chân cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài ( địa chỉ từ 0000h tới ffffh). EA = 0 cho phép truy xuát bộ nhớ chương trình ngoài, ngược lại EA = 1 sẽ thực thi chương trình bên trong chip. Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu bít khoá 1 được lập trình EA được chốt bên trong khi reset + XTAL1& XTAL2: Là hai ngõ vào ra của hai bộ khuyếch đại đảo của mạch dao động, được cấu hình để dùng như một bộ tạo dao động trên chip Hình1.3: Bộ tạo dao động 2.Tổ chức bộ nhớ của 89C51 Page 11 Page 12 7F RAM ĐA DỤNG 30 2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2E 77 76 75 74 73 72 71 70 2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2C 67 66 65 64 63 62 61 60 2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2A 57 56 55 54 53 52 51 50 29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 28 47 46 45 44 43 42 41 40 27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 26 37 36 35 34 33 32 31 30 25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 24 27 26 25 24 23 22 21 20 23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 22 17 16 15 14 13 12 11 10 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20 07 06 05 04 03 02 01 00 1F BANK 3 18 17 BANK 2 10 0F BANK 1 08 07 Bank thanh ghi 0 ( mặc định cho R0-R7) 00 CẤU TRÚC RAM NỘI Bộ nhớ bên trong chip bao gồm ROM, RAM va EPROM. RAM trên chip bao gồm vùng RAM đa chức năng, vùng RAM với từng bit được định địa chỉ, các dây thanh ghi (bank) và các thanh ghi chức năng đặc biệt. Có 2 đặc tính đáng lưu ý: + Các thanh ghi và các port I/O được định địa chỉtheo kiểu ánh xạ bộ nhớ và được truy xuất như một vị trí nhớ trong bộ nhớ. + Vùng track thường trú trong RAM trên chip thay vì ở trong RAM ngoài như đối với các bộ vi xử lý. Vùng RAM đa mục đích: Có 80 byte, địa chỉ từ 30H đến 7FH Bất cứ vị trí nào trong vùng RAM ta đều có thể truy xuất tự do bằng cách sử dụng định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ: + Kiểu định địa chỉ trực tiếp: MOV A,5FH ;Đọc nội dung tại địa chỉ 5FH của RAM + Kiểu định địa chỉ gián tiếp: (Qua các thanh ghi R0,R1) MOV R0,#5FH ; Di chuyển giá trị5FH vào thanh ghi R0 MOV A,@R0 ; Di chuyển dữ liệu trỏ tới R0 và thanh chứa A Vùng RAM định địa chỉ: Chip 8951 chứa 210 vị trí định địa chỉ in đó có 128 byte chứa trong các byte ở địa chỉ 20H đến 2FH (16 byte x 8 = 128 bits), phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc biệt. Công dụng: + Truy xuất các bit riêng rẽ thông qua các phần mền. + Các port có thể địng địa chỉ từng bit, làm đơn giản việc giao tiếp băng phần mền với các thiết bị xuất nhập đơn bit. Ví dụ: + Set bit trực tiếp: SETB 67H; lệnh làm nhiệm vụ set bit 67H bằng 1 + Hoặc ta có thẻ sử dụng lệnh sau để set bít 67H là bit lớn nhất của byte 2CH: ORL A,#10000000B ;Tác dung set bit Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) Không phải tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH đều được định nghĩa mà chit có 21 địa chỉ được định nghĩa. Các thanh ghi chức năng đặc biệt bao gồm: + Tử trạng thái chương trình PSW: có địa chỉ là D0H + Thanh ghi B: Có địa chỉ F0Hđược dùng chung với thanh chứa A trong các phếp toán nhân và chia. Page 13 + Con trỏ Stack (SP) : là thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H, nó chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh của stack. + Con trỏ dữ liệu DPTR: Dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu ngoài. DPTR là thanh ghi 16 bit có địa chỉ 82H (byte thấp ) và 83H (byte cao). Ví dụ: MOV A,#55H ;Nạp hằng dữ liệu 55H và thanh chứa A MOV DPTR,%1000 ;Nạp hằng địa chỉ 16 bit 1000H cho ; con trỏ DPTR MOV @DPTR,A ; Chuyển dữ liệu từ A vao RAM ngoài ; tai địa chỉ DPTR trỏ tới. +Các thanh ghi port: - Port 0 : địa chỉ 80H - Port 1 : địa chỉ 90H - Port 2 : địa chỉ A0H - Port 3 : địa chỉ B0H + Các thanh ghi định thời: IC 8951 có 2 bộ định thời/đếm dùng để định khoảng thời gian hoặc đếm các sự kiện. - Bộ định thời 0: địa chỉ 8AH (TL0 ) va 8CH (TH0) - Bộ định thời 1: địa chỉ 8bH (TL1 ) va 8DH (TH1) Hoạt động của bộ định thời được thiết lậpbởi thanh ghi chế độ định thời TMOD ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển bộ định thời TCON ở địa chỉ 88H (chỉ có TCON được định địa chỉ từng bit) + Các thanh ghi của port nối tiếp: Chip 8951 có 1 port nối tiếp để truyền thông với các thiết bị như các thiết bị đầu cuối hoặc model... + Các thanh ghi ngắt: có một cấu trúc ngắt với 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt. Các ngắt bị vô hiệu hoá sau khi Reset hệ thống và được phép bằng cách vào thanh ghi IE ở địa chỉA8H. Mức ưu tiên ngắt được thiết lập bơit thanh ghi IP ở địa chỉ B8H. + Thanh ghi điều khiển nguồn: PCON có địa chỉ 87H 3. Tóm tắt tập lệnh . Thông qua việc khảo sát các kiểu định địa chỉ và các ví dụ trên các tình huống lập trình điển hình để chúng ta tiếp cận tập lệnh của họ MCS-51. a.Các kiểu định địa chỉ. Có 8 kiểu định địa chỉ : + Thanh ghi.: VD: MOV PSW,#00011000B Page 14 + Trực tiếp : VD: MOV P1, A + Gián tiếp: VD: MOV A,@R0 + Tức thời: VD: MOV A, #54 + Tương đối: VD: SJMP THREE :Nhảy đến nhãn THREE + Tuyệt đối: VD: AJMP THREE + Dài: + Chỉ số. VD: JMP @A+DPTR b. Các loại lệnh: Có 5 nhóm lệnh: + Nhóm lệnh số học. ADD A , nguồn: Cộng toán hạng nguồn vào A ADD A, #data : Cộng dữ liệu data với A ADDC A,nguồn: Cộng nguồn với A và cờ nhớ. ADDC A,#data : Cộng dữ liệu data với A và cờ nhớ. SUBB A, nguồn: Trừ A với nguồn SUBB A,#data : Trừ A với data INC A : Tăng nội dung thanh ghi A lên 1 DEC A : Giảm nội dung thanh ghi A lên 1 INC DPTR : Tăng DPTR MUL AB : Nhân nội dung thanh ghi A và B DIV AB : Chia A cho B DA A : Hiệu chình thập phân thanh ghi A + Nhóm lệnh Logic. ANL A, nguồn AND ANL A, #data ANL direct,A ANL direct , #data ORL A, nguồn OR ORL A, #data ORL direct,A ORL direct , #data Page 15 XRL A, nguồn OR XRL A, #data XRL direct,A XRL direct , #data CLR A Xoá A CPL A Lấy bù A RL A Quay trái A RLC A Kể cả cờ nhớ RR A Quay phải A RRC A Kể cả cờ nhớ SWAP A Hoán đồi 2 nửa 4 bit +Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu MOV A, nguồn Di chuyển toán hạng nguông đến đích MOV A, # data MOV dest , A MOV dest, #data MOV DPTR,#data16 MOVC A,@A+DPTR Di chuyển từ bộ nhớ chương trình MOVC A,#A+PC MOVX A,@Ri MOVX A,@DPTR MOVX @Ri,A MOVX @DPTR,A PUSH direct Cất vào Stack POP direct Lấy ra từ Stack XCH A,source Trao đồi các byte XCHD A,@Ri Trao đồi các digit thấp + Nhóm lệnh xử lí bit. CLR C xoá bit CLR bit SETB C SETB bit CPL C CPL bit ANL C, bit AND ANL C ,/bit AND NOT bit với C Page 16 ORL C, bit ORL C, /bit MOV C,bit MOV bit, C JC rel Nhảy đến Rel nếu C=1 JNC rel Nhảy đến Rel nếu C=0 JB bit, rel Nhảy nếu bit bằng 1 JNB bit, rel Nhày nếu bit =0 JBC bit , rel Nhảy nếu bit =1 rồi xoá bit +Nhóm lệnh rẽ nhánh. ACALL addr11 Gọi chương trình con LCALL addr16 RET Quay về từ chương trình con RETI Quay về từ chương trình ngắt AJMP addr11 Nhảy LJMP addr16 SJMP rel JMP @ A+DPTR JZ rel Nhảy nếu A=0 JNZ rel Nhảy nếu A 0 CJNE A,direct, rel So sánh và nhảy CJNE #data, rel CJNE Rn,#data, rel CJNE @ Ri,# data, rel DJNZ Rn, rel Giảm và nhảy nếu khác 0 DJNZ direct, rel NOP Không làm gì II.3.Nguyên lý một số linh kiện phục vụ cho việc đo lường. II.3.1. Chip ADC 0804 Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số trong họ các loạt ADC 0800 từ hãng National Semiconductor. Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với +5V và có độ phân giải là 8 bít. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ Page 17 được cấp tới chân CLK R và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110µ s. Các chân của ADC 0804 được mô tả như sau: 1. Chân - chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt chíp ADC 0804. Để truy cập ADC 0804 thì chân này phải ở mức thấp. 2. Chân (đọc): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp. Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó trong một thanh ghi trong. được sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu một xung cao - xuống - thấp được áp đến chân thì đầu ra số 8 bít được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 - D7. Chân cũng được coi như cho phép đầu ra. 3. Chân ghi (thực ra tên chính xác là “Bắt đầu chuyển đổi”). Đây là chân đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC 0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi tạo ra xung cao - xuống - thấp thì bộ ADC 0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bít. Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuống thấp bởi ADC 0804. 4. Chân CLK IN và CLK R. Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. Tuy nhiên 0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ. Để sử dụng bộ tạo xung đồng hồ trong (cũng còn được gọi là bộ tạo đồng hồ riêng) của 0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở như chỉ ra trên hình 2.1. Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức: Page 18 CS RD RD RD RD WR WR RC1,1 1f = Giá trị tiêu biểu của các đại lượng trên là R = 10kΩ và C= 150pF và tần số nhận được là f = 606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là 110µ s. 5. Chân ngắt (ngắt hay gọi chính xác hơn là “kết thúc chuyển đổi’). Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp. Bình thường nó ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống - thấp tới chân lấy dữ liệu ra của 0804. 6. Chân V in (+) và Vin (-). Đây là các đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin (+) - Vin (-). Thông thường Vin (-) được nối xuống đất và Vin (+) được dùng như đầu vào tương tự được chuyển đổi về dạng số. 7. Chân V CC. Đây là chân nguồn nuôi +5v, nó cũng được dùng như điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 (chân 9) để hở. 8. Chân V ref/2. Chân 9 là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu. Nếu chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC 0804 nằm trong dải 0 đến +5v (giống như chân VCC). Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin cần phải khác ngoài dải 0 đến 5v. Chân Vref/2 được dùng để thực thi các điện áp đầu vào khác ngoài dải 0 - 5v. Ví dụ, nếu dải đầu vào tương tự cần phải là 0 đến 4v thì V ref/2 được nối với +2v. Page 19 INTR INTR RD Hình 2.1: Sơ đồ chân của ADC0804 Bảng 2.2: Điện áp Vref/2 liên hệ với dải Vin. Vref/ 2(V) Vin(V) Step Size (mV) Hở * 0 đến 5 5/256 = 19.53 2.0 0 đến 4 4/255 = 15.62 1.5 0 đến 3 3/256 = 11.71 1.28 0 đến 2.56 2.56/256 = 10 1.0 0 đến 2 2/256 = 7.81 0.5 0 đến 1 1/256 = 3.90 Ghi chú: - VCC = 5V - Kích thước bước (độ phân dải) là sự thay đổi nhỏ nhất mà ADC có thể phân biệt được. Page 20 9. Các chân dữ liệu D0 - D7. Các chân dữ liệu D0 - D7 (D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân được đệm ba trạng thái và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân bị đưa xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau: Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2 × Vref/2) chia cho 256 đối với ADC 8 bít. II.3.1.1 Nguyên lý đo và chuyển đổi tương tự/số của ADC Khi điện áp đầu vào que đo thông qua mạch phân áp sẽ đưa điện áp tới đầu vào Vin cua ADC0804 sao cho điện áp vào lớn nhất là 5V, khi đó ứng với mỗi giá trị đầu vào Vin thì ADC0804 sẽ chuyển đổi từ giá trị tương tự là điện áp xang số, ứng với mỗi giá trị số sẽ là một giá trị điện áp tương ứng. Vì chân Vref/2 để hở do vậy kích thước bước(độ phân giải) là 19,53m V khi đó điện áp đầu vào là 5V tương ứng với giá trị thập phân là 256 với công thức buocthuockich V D inout = = 519,53.10-3 =256. Tương tự các giá trị điện áp khác được chuyển đổi tương tự. II.3.2 Cấu trúc và dạng mã hiển thị dữ liệu trên led 7 thanh 1.Dạng Led Page 21 RD buocthuockich V D inout = -Led anot chung Đối với dạng led anot chung chân com phải có mức logic bằng 1 để led sáng tương ứng các chân từ a đến f, dp phải có mức logic bằng 0 Bảng mã đối với led anot chung (a la MSP,dp là LSP) Page 22 Bảng mã led đối với loại led mắc anot chung (a là LSB,dp là MSP) Led Cathode chung Page 23 Đối với Led mắc kiểu cathode chung chan COM phải có mức logic là 0,muốn led sáng thì các chân từ a đến f,dp phải có mức logic là 1. -Bảng mã Led đối với led mắc Cathode chung (a là MSB,dp là LSB) -Bảng mã Led mắc kiểu cathade chung (a là LSB,dp là MSB) Page 24 II. 4.Các linh kiện khác – Các loại điện trở, tụ điện, LED, led 7 thanh – Thạch anh 12Mhz để tạo dao động – IC ổn áp LM7805 tạo ra nguồn có điện áp 5V không đổi Page 25 PHẦN 3: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CHO MẠCH Theo yêu cầu của đề tài thì thiết bị đo điện áp cần đạt được dải đo từ 0-150V một chiều nhưng nếu sử dụng trên cùng một thang đo sẽ tạo ra sai số lớn .Do vậy sơ đồ mạch sẽ được chia thàng hai thang đo. Thang đo 1:từ 0-15V Thang đo 2:từ 0-150V III.1 Phương án 1 - Điện áp đặt vào chân Vref/2 là 1,28v khi đó là 10mv. Như vậy điện áp đầu vào qua mạch phân áp với hai điện trở R1=500k, R2=55,6K cao nhất là 25,6V.Như vậy giá trị đầu vào cao nhất tương ứng bằng cong thức Vin=Uđo.R2R1+R2 = 25,6.55,6K500k+55,6k≈5v Chương trình nạp cho chip: Page 26 $include(reg51.inc) org 0000h x: setb p2.7 call delay clr p2.7 call delay setb p2.7 mov a,p1 mov b,#100 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h delay: mov r0,#10 w3:mov r1,#100 w2:mov r2,#100 w1:djnz r2,$ djnz r1,w2 djnz r0,w3 ret end Page 27 – Đánh giá phương pháp: Phương pháp lắp ghép như tạo cho người lập trình mọt cách dễ dàng nhưng lại có hạn chế là cách chọn điện trở cho mạch phân áp và điện áp 1,28V cho ADC0804. Nếu không chọn đúng sẽ tạo ra sai số lớn cho phép đo III.2 Phương án 2 Page 28 - Điện áp đặt vào chân Vref/2 là 0v khi đó là 19.53mv. Như vậy điện áp đầu vào qua mạch phân áp với hai điện trở R1=200k, R2=100K cao nhất là 15V.Như vậy giá trị đầu vào cao nhất tương ứng bằng cong thức Vin=Uđo.R2R1+R2 = 15K.100K200k+100k=5v Page 29 – Chương trình nạp cho chip: $include(reg51.inc) org 0000h x: setb p2.7 call delay clr p2.7 call delay setb p2.7 mov a,p1 mov b,#17 div ab mov r1,a mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,r1 mov b,#17 mul ab mov b,a mov a,p1 subb a,b mov b,#10 mul ab mov b,#17 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr Page 30 mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h delay: mov r0,#10 w3:mov r1,#100 w2:mov r2,#100 w1:djnz r2,$ djnz r1,w2 djnz r0,w3 ret end – Đánh giá phương pháp : Phương pháp này có độ chính xác cao do chân Vref/2 để hở , do vậy chân này sẽ không bị ảnh hưởng của nguông nuôi. Với hai giá trị là R1,R2 chọn cũng rất rễ ràng là 200k và 100k. - Lựa chọn: Qua hai phương pháp ta thấy phương pháp 2 cho giá trị đo chính xác và dễ dàng kết nối nên ta chọn phương pháp 2 để tiến hành làm mạch. Page 31 PHẦN IV: THIẾT KẾ MẠCH IV.1 Sơ đồ nguyên lý Page 32 IV.2 Sơ đồ mạch in Page 33 Boad mạch chính Mạch hiển thị trên lép 7 đoạn Page 34 IV.3 Lưu đồ thuật toán IV.4 Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h Page 35 Read ADC=a End a1=a17 b1= a%17 Hiển thị số Hàng đơn vị a2=a110 a3=a1%10 Hiển thị số Hàng trăm Hiển thị số Hàng chục Begin x: setb p2.7 call delay clr p2.7 call delay setb p2.7 mov a,p1 mov b,#17 div ab mov r1,a mov b,#10 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p2,a mov a,b mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p3,a mov a,r1 mov b,#17 mul ab mov b,a mov a,p1 subb a,b mov b,#10 mul ab mov b,#17 div ab mov dptr,#maled movc a,@a+dptr mov p0,a jmp x maled: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h Page 36 delay: mov r0,#10 w3:mov r1,#100 w2:mov r2,#100 w1:djnz r2,$ djnz r1,w2 djnz r0,w3 ret end Page 37 PHẦN IV: ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM VÀ MỞ RỘNG ĐỀ TÀI IV.1 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM - Sản phẩm hoạt động ổn định độ chính xác cao,có độ chính xác mà các loại đồng hồ số không có đươc. - Sai số giữa hai thang đo là không đáng kể vào khoảng 0,1v - Thiết bị đo đã được so sánh tham chuẩn với một số loại đông hồ khác cả số lẫn cơ và cho được giá trị chính xác cao hơn hẳn. IV.2 MỞ RỘNG ĐỀ TÀI - Đề tài có thể phát triển thành thiết bị đo điện áp xoay chiều,đo dòng điện,điện trở - Dựa trên nguyên lí của mạch có thể chuyển đổi thành mạch đo nhiệt độ,mạch đo lưu lượng nước,sức gió. Page 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Kĩ thuật vi điều khiển- Lê Văn Doanh- Phạm Khắc Chương- NXB Khoa học kĩ thuật 2.Vi điều khiển với lập trình C- Ngô Diên Tập 3.Các bộ cảm biến trong kĩ thuật đo lường và điều khiển - Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạc Sơn- NXB Khoa học và kĩ thuật Page 39