Đồ án Nghiên cứu thiết bị cảm biến nhiệt - Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò nhiệt công suất nhỏ

3 + 1.t (μA) (1-21) Trong ®ã : T lµ nhiÖt ®é tÝnh theo Kenvin cßn t tÝnh theo Cenxi. Nh­ vËy ®é nh¹y cña c¶m biÕn lµ 1μA/10K. Ch­¬ng2: Tæng quan vÒ c¸c ®èi t­îng ®iÒu khiÓn. 2.1.hÖ vi ®iÒu khiÓn 8051. 2.1.1 Giíi thiÖu chung. Vi xö lÝ ( Microprocessor), bé phËn xö lÝ trung t©m ®Ó xö lÝ lÖnh, ®· ra ®êi lÇn ®©u tiªn (1971) víi 4 bit d÷ liÖu, ®· lÇn l­ît ®­îc c¶i tiÕn thµnh 8 bit (8088 n¨m 1974), 16 bit (8086, 80286 n¨m 1978), 32 bit (80386, 80486, n¨m 1983) vµ 64 bit (80586, n¨m 1991). Trªn c¬ së c¸c vi xö lÝ trªn , thªm c¸c khèi ch­¬ng tr×nh chØ ®äc (PROM), khèi nhí ®äc /ghi RAM, c¸c cæng vµo ra song song vµ nèi tiÕp, ng­êi ta ®· chÕ t¹o ®­îc c¸c m¸y vi tÝnh c¸ nh©n PC (personal Computer) nh­ PC/XT (1985 víi 8080, 8085), PC/AT (1987 víi 80286), PC/AT c¶i tiÕn (1989 víi 80386, 80486) vµ Pentium (1991 víi 80586). Riªng Pentium, cã Pentium I (tèc ®é xung nhÞp 66MHz), Pentium II (tèc ®é 133MHz), Pentium III (tèc ®é 233MHz), Pentium MTX ®a ph­¬ng tiÖn, Pentium Pro hay IV (tèc ®é 1,4GHz,1995) vµ hiÖn nay lµ Pentium V (tèc ®é tíi 2,4GHz). C¸c thÕ hÖ m¸y vi tÝnh c¸ nh©n nµy ®· t¹o ra sù bïng næ th«ng tin vµ c¸ch m¹ng vÒ kÜ thuËt v× m¸y tÝnh ®· x©m nhËp vµo hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc khoa häc-kÜ thuËt, truyÒn th«ng víi m¹ng toµn cÇu – Internet vµ ®êi sèng x· héi, tíi tõng gia ®×nh cña c¶ nh©n lo¹i trªn toµn thÕ giíi. Vi ®iÒu khiÓn cã kh¶ n¨ng nh­ mét m¸y vi tÝnh, cã nh÷ng ­u ®iÓm ®Æc biÖt vÒ kÝch th­íc rÊt nhá, nªn ®· x©m nhËp sau h¬n n÷a vµo c¸c thiÕt bÞ ®o l­êng, ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ vµ ®Æc biÖt lµ vµo c¸c thiÕt bÞ cña ®êi sèng hµng ngµy nh­ ®ång hå thêi gian, ®ång hå b¸o giê, ®Çu m¸y ghi vµ ph¸t ©m hay ph¸t h×nh (video, VCD,DVD v.v…). §Ønh cao cña viÖc dïng V§K lµ dïng trong ng­êi m¸y (ROBOT) vµ c¸c thiÕt bÞ PLC ®Ó ®iÒu khiÓn logic ch­¬ng tr×nh ho¸ d©y truyÒn s¶n xuÊt tù ®éng. Vi ®iÒu khiÓn cã hai dßng hä lín lµ vi ®iÒu khiÓn 68HCxx cña h·ng Motorola(th«ng dông ë T©y ¢u) vµ MCS-51 cña h·ng Intel(th«ng dông trªn toµn thÕ giíi). Ngoµi c¸c bé phËn gièng nhau vÒ cÊu tróc, c¸c vi ®iÒu khiÓn trªn ®Òu cã: C¸c nhãm lÖnh: nh­ rÏ nh¸nh ch­¬ng tr×nh ( ®iÒu khiÓn ch­¬ng tr×nh thay ®æi theo lÖnh), dÞch chuyÓn d÷ liÖu( gi÷a c¸c thanh ghi trong RAM), xö lÝ sè häc( céng, trõ, nh©n, chia), xö lÝ logic (Vµ,HoÆc, lo¹i trõ v.v…) vµ xö lÝ theo bit (x¸c lËp, xo¸ ®¶o v.v…) C¸c hµnh ®éng c¬ b¶n: nh­ trao ®æi tin song song, trao ®æi tin nèi tiÕp, ®Þnh thêi gian, ®Õm xung ngoµi, ®iÒu khiÓn ng¾t ch­¬ng tr×nh (do xung ngoµi, do ®Õm trµn vÒ 0, do trao ®æi tin nèi tiÕp). HiÖn nay, cã nhiÒu h·ng ®iÖn tö tham gia chÕ t¹o c¸c V§K kh¸c nhau nh­ng theo cÊu tróc vµ tÝnh n¨ng t­¬ng tù trªn. Cã thÓ cã c¸c lo¹i sau: V§K dïng trong c«ng nghiÖp: cÊu t¹o ®¬n gi¶n, Ýt cæng vµo/ra song song, cã 18 ch©n nh­ : 2051 cña h·ng Intel, PIC cña Microchip. V§K th«ng dông: nh­ 8051, 8052 thuéc hä MCS-51 cña Intel, AT89C51, AT89C52, AT90C52, AT89C535 cña h·ng ATMEL. V§K tiªn tiÕn: cã c¸c tÝnh n¨ng më réng nh­ cã nhiÒu møc ng¾t, cã nhiÒu bé ®Þnh thêi vµ c¶ Watch dog (chã canh cöa), ®Õm kiÓu ma trËn, ghÐp nèi víi thiÕt bÞ nèi tiÕp SPI v.v… V§K cã ADC, DAC bªn trong vi m¹ch : nh­ ADU812 (ADC, DAC cã 12 bit), ADU 816 (ADC, DAC cã 16 bit), ADU 824 (DAC, ADC cã 24 bit) cña h·ng analog hay c¸c h·ng kh¸c. V§K dïng trong truyÒn th«ng m¹ng : nh­ 87C51GB vµ xö lÝ sè DSP51000. 2.1.2 CÊu t¹o cña chip 8051. Vi m¹ch tæng qu¸t cña hä MSC-51 lµ chip 8051 (thuËt ng÷ 8051 ®­îc dïng ®Ó chØ réng r·i c¸c chip hä MSC-51) nã cã c¸c ®Æc tr­ng sau: 4K ROM 128 byte RAM 4 port xuÊt nhËp (I/O port) 8 bit 2 bé ®Þnh thêi 16 bit M¹ch giao tiÕp nèi tiÕp Kh«ng gian nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi 64K Kh«ng gian nhí d÷ liÖu ngoµi 64K Bé xö lý bit (thao t¸c trªn c¸c bit riªng rÏ) 210 vÞ trÝ nhí ®­îc ®Þnh ®Þa chØ, mçi vÞ trÝ mét bit COUNTER INPUTS OSC INTERRUPT CONTROL 4 I/O PORTS BUS CONTROL SERIAL PORT EXTERNAL INTERRUPTS CPU ON - CHIP RAM ETC TIMER 0 TIMER 1 ADDRESS/DATA TXD RXD P0 P1 P2 P3 Nh©n/chia trong 4s H×nh 5: Bè trÝ bªn trong cña s¬ ®å khèi 8051 * Tæ chøc c¸c ch©n: Chip 8051 cã 40 ch©n. H×nh I.1 cho ta s¬ ®å c¸c ch©n cña chip 8051. Chøc n¨ng cña chóng nh­ sau: + Port 0: (c¸c ch©n tõ 32 ®Õn 39 trªn 8051) cã 2 c«ng dông: - Trong c¸c thiÕt kÕ tèi thiÓu thµnh phÇn port 0 ®­îc sö dông lµm port xuÊt/nhËp. - Trong c¸c thiÕt kÕ lín h¬n port 0 trë thµnh bus ®Þa chØ vµ bus d÷ liÖu ®a hîp. + Port 1: (c¸c ch©n tõ 1 ®Õn 8) chØ cã 1 c«ng dông: lµ xuÊt/nhËp. C¸c ch©n cña port 1 dïng ®Ó giao tiÕp víi c¸c thiÕt bÞ bªn ngoµi khi cã yªu cÇu. H×nh 6: S¬ ®å c¸c ch©n cña 8051 + Port 2: (c¸c ch©n tõ 21 ®Õn 29) cã 2 c«ng dông: - Lµm nhiÖm vô xuÊt/nhËp - Lµm byte ®Þa chØ cao cña bus ®Þa chØ 16 bit cho c¸c thiÕt kÕ bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi hoÆc c¸c thiÕt kÕ cã nhiÒu h¬n 256 byte bé nhí d÷ liÖu ngoµi. + Port 3: (tõ c¸c ch©n 10 ®Õn 17) cã 2 c«ng dông: - Ho¹t ®éng xuÊt nhËp - C¸c chøc n¨ng riªng Bit Tªn §Þa chØ bit Chøc n¨ng P3.0 RxD B0H Ch©n nhËn d÷ liÖu cña port nèi tiÕp P3.1 TxD B1H Ch©n ph¸t d÷ liÖu cña port nèi tiÕp P3.2 /INT0 B2H Ngâ vµo ng¾t ngoµi 0 P3.1 /INT1 B3H Ngâ vµo ng¾t ngoµi 1 P3.4 T0 B4H Ngâ vµo cña bé ®Þnh thêi /®Õm 0 P3.5 T1 B5H Ngâ vµo cña bé ®Þnh thêi /®Õm 1 P3.6 /WR B6H §iÒu khiÓn bé ghi d÷ liÖu ngoµi P3.7 /RD B7H §iÒu khiÓn bé ®äc d÷ liÖu ngoµi P1.0 T2 90H Ngâ vµo cña bé ®Þnh thêi/®Õm 2 P1.1 T2EX 91H N¹p l¹i/thu nhËn cña bé ®Þnh thêi 2 B¶ng 2: Chøc n¨ng cña c¸c ch©n cña port 3 vµ port 1 + Ch©n cho phÐp ch­¬ng tr×nh 8051 cung cÊp cho ta 4 tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn bus. TÝn hiÖu cho phÐp bé nhí ch­¬ng tr×nh PSEN (program store enable) lµ tÝn hiÖu xuÊt trªn ch©n 29. §©y lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho phÐp cho ta truy xuÊt bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi. Ch©n nµy th­êng nèi víi ch©n cho phÐp xuÊt (output enable) cña EPROM hoÆc ROM ®Ó cho phÐp ®äc c¸c byte lÖnh. TÝn hiÖu ë møc logic 0 trong suèt thêi gian t×m n¹p lÖnh. C¸c m· nhÞ ph©n cña ch­¬ng tr×nh hay opcode (m· thao t¸c) ®­îc ®äc tõ EPROM, qua bus d÷ liÖu vµ ®­îc chèt vµo thanh ghi lÖnh IR cña 8051 ®Ó ®­îc gi¶i m·. Khi thùc hiÖn mét ch­¬ng tr×nh chøa ë ROM néi, ®­îc duy tr× ë logic kh«ng tÝch cùc (logic 1). + Ch©n cho phÐp chèt ®Þa chØ ALE 8051 sö dông ch©n 30, ch©n xuÊt tÝn hiÖu cho phÐp chèt ®Þa chØ ALE (address latch enable) ®Ó gi¶i ®a hîp bus d÷ liÖu vµ bus ®Þa chØ. Khi port 0 ®­îc sö dông lµm bus ®Þa chØ /d÷ liÖu ®a hîp, ch©n ALE xuÊt tÝn hiÖu ®Ó chèt ®Þa chØ (byte thÊp cña ®Þa chØ 16 bit) vµo mét thanh ghi ngoµi trong suèt mét nöa ®Çu cña chu kú nhí. Sau khi ®iÒu nµy ®· ®­îc thùc hiÖn c¸c ch©n cña port 0 sÏ xuÊt/nhËp d÷ liÖu hîp lÖ trong suèt mét nöa thø hai cña chu kú bé nhí. TÝn hiÖu ALE cã tÇn sè b»ng 1/6 tÇn sè cña m¹ch dao ®éng bªn trong chip vi ®iÒu khiÓn vµ cã thÓ dïng lµm xung clock cho phÇn cßn l¹i cña hÖ thèng. + Ch©n truy xuÊt ngoµi Ngâ vµo nµy (ch©n 31) cã thÓ ®­îc nèi víi nguån 5V (logic 1) hoÆc víi GND (logic 0). NÕu ch©n nµy nèi lªn 5V, 8051/8052 thùc thi ch­¬ng tr×nh trong ROM néi. NÕu ch©n nµy nèi víi GND (vµ ch©n còng ë logic 0), ch­¬ng tr×nh cÇn thùc thi chøa bé nhí ngoµi. + Ch©n RESET Ngâ vµo RES (ch©n 9) lµ ngâ vµo xo¸ chÝnh cña 8051 dïng ®Ó thiÕt lËp tr¹ng th¸I ban ®Çu cho hÖ thèng hay gäi t¾t lµ reset hÖ thèng. Khi ngâ vµo nµy ®­îc treo ë møc logic 1 tèi thiÓu hai chu kú m¸y, c¸c thanh ghi bªn trong cña 8051 ®­îc n¹p c¸c gi¸ trÞ thÝch hîp cho viÖc khëi ®éng l¹i hÖ thèng. + C¸c ch©n XTAL1 vµ XTAL2 M¹ch dao ®éng bªn trong chip 8051 ®­îc ghÐp víi th¹ch anh bªn ngoµi ë hai ch©n XTAL1 vµ XTAL2 (ch©n 18 vµ ch©n 19). + C¸c ch©n nguån 8051 vËn hµnh víi nguån ®¬n +5V. Vcc ®­îc nèi víi ch©n 40 vµ Vss (GND) ®­îc nèi víi ch©n 20 *Tæ chøc bé nhí: HÇu hÕt c¸c bé VXL ®Òu cã kh«ng gian nhí chung cho d÷ liÖu vµ ch­¬ng tr×nh. §iÒu nµy còng hîp lý v× c¸c ch­¬ng tr×nh ®­îc l­u trªn ®Üa vµ ®­îc n¹p vµo RAM ®Ó thùc thi; vËy th× c¶ hai, d÷ liÖu vµ ch­¬ng tr×nh, ®Òu l­u tró trong RAM. C¸c chÝp V§K hiÕm khi ®­îc sö dông gièng nh­ c¸c CPU trong c¸c hÖ m¸y vi tÝnh, thay vµo ®ã chóng ®­îc dïng lµm thµnh phÇn trung t©m trong c¸c thiÕt kÕ h­íng ®iÒu khiÓn, trong ®ã bé nhí dung l­îng giíi h¹n, kh«ng cã æ ®Üa vµ hÖ ®iÒu hµnh. Ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ph¶i th­êng chó trong ROM. 8051 cã kh«ng gian nhí riªng ®­îc chia lµm hai lo¹i: - Ch­¬ng tr×nh (vïng nhí ch­¬ng tr×nh _code) - D÷ liÖu (vïng nhí d÷ liÖu_data) +Tæ chøc bé nhí ch­¬ng tr×nh Bé nhí ch­¬ng tr×nh bao gåm 64K cã c¶ ROM trong vµ RAM ngoµi. 8051 cã 4K ROM trong co ®Þa chØ tõ 0000H-1000H. 4K ROM trong cã chung ®Þa chØ víi 4K ROM ngoµi. ViÖc truy xuÊt ROM trong hay ngoµi phô thuéc PSEN ph¶i nèi víi ROM ngoµi. Bé nhí ROM b¾t ®Çu tõ 0000H-FFFFH trong ®ã chia ra lµm 5 vïng nhí b¾t ®Çu tõ 0003H. Mçi vïng nhí 8 byte giµnh cho ng¾t, vïng ®Þa chØ thÊp nhÊt ®­îc sö dông nh­ ROM th«ng th­êng. §Þa chØ 1 « nhí trong ROM ®­îc x¸c ®Þnh b»ng hai byte (16 bit) trong ®ã P0 chøa 8 bit ®Þa chØ thÊp, P2 chøa 8 bit ®Þa chØ cao. +Tæ chøc bé nhí d÷ liÖu (RAM trong) §­îc chia lµm bèn phÇn: PhÇn 1: Lµ vïng RAM ®o môc ®Ých cã ®Þa chØ tõ 30-7F PhÇn 2: Lµ vïng RAM ®Þnh ®Þa chØ theo bit cã ®Þa chØ tõ 20-2F PhÇn 3: Gåm cã 32 byte dïng cho c¸c d¶i thanh ghi bao gåm 4 d¶i thanh ghi mçi thanh cã 8 byte (R0-R7) PhÇn 4: Dïng cho thanh ghi cã chøc n¨ng ®Æc biÖt *.Vïng RAM ®o môc ®Ých: Cã thÓ truy cËp ®Õn vïng nhí nµy b»ng c¸ch trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp. *.Vïng RAM ®Þnh ®Þa chØ theo bit: Tøc lµ nã ph©n ra 128 bit tõ 20-2F cã thÓ truy suÊt nh­ c¸c byte hay nh­ c¸c bÝt tuú theo lÖnh cô thÓ, vµ phÇn cßn l¹i n»m ë thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt. *.32 byte : T¹i mét thêi ®iÓm nµo ®ã chØ cã mét d¶i thanh ghi tÝch cùc, ng­êi ta chän d¶i thanh ghi tÝch cùc b»ng c¸ch t¸c ®éng vµo thanh ghi ®iÒu chØnh PFW(tõ tr¹ng th¸I ch­¬ng tr×nh). *.Vïng thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt: C¸c thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt dïng ®iÒu khiÓn toµn bé qu¸ tr×nh cña khèi trong 8051. Ng­êi ta cã thÓ set hoÆc reset c¸c chøc n¨ng cña tõng bé phËn kÝch ho¹t hoÆc kh«ng kÝch ho¹t mét sè c¸c ho¹t ®éng cµi ®Æt c¸c th«ng sè cho hÖ thèng. *C¸c thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt +Thanh ghi PSW Bit KÝ hiÖu §Þa chØ M« t¶ bit PSW7 CY D7H Cê nhí PSW6 AC D6H Cê nhí phô PSW5 F0 D5H Cê 0 PSW4 RS1 D4H Chän d·y thanh ghi(bit 1) PSW3 RS0 D3H Chän d·y thanh ghi(bit 0) 00=bank 0: §Þa chØ tõ 00H-07H 01=bank 0: §Þa chØ tõ 08H-0FH 10=bank 0: §Þa chØ tõ 10H-17H 11=bank 0: §Þa chØ tõ 18H-1FH PSW2 OV D2H Cê trµn PSW1 - D1H Dù tr÷ PSW0 P D0H Cê kiÓm tra ch½n lÎ - Cê nhí Cê nhí (CY) cã c«ng dông kÐp. Th«ng th­êng nã ®­îc dïng cho c¸c lÖnh to¸n häc : nã sÏ ®­îc set nÕu cã nhí sinh ra bëi phÐp céng hoÆc cã mét sè m­în phÐp trõ. VÝ dô, nÕu thanh ghi tÝch luü chøa FFH, th× sau lÖnh sau: ADD A,#1 SÏ tr¶ vÒ thanh ghi tÝch luü kÕt qu¶ 00H vµ set cê nhí trong PSW. Cê nhí còng cã thÓ xem nh­ mét thanh ghi 1 bit cho c¸c lÖnh luËn lÝ thi hµnh trªn bit. VÝ dô, lÖnh sÏ AND bit 25H víi cê nhí vµ ®Æt kÕt qu¶ trë vµo cê nhí: ANL C,25H - Cê nhí phô Khi céng c¸c gi¸ trÞ BCD, cê nhí phô (AC) ®­îc set nÕu kÕt qu¶ cña 4 bit thÊp trong kho¶ng 0AH ®Õn 0FH. NÕu c¸c gi¸ trÞ céng ®­îc lµ sè BCD, th× sau lÖnh céng cÇn cã DA A (hiÖu chØnh thËp ph©n thanh ghi tÝch luü) ®Ó mang kÕt tña lín h¬n 9 trë vÒ t©m tõ 0÷9. - Cê 0 Cê 0 (F0) lµ mét bit cê ®a dông dµnh c¸c øng dông cña ng­êi lËp tr×nh. - C¸c bit chän d·y thanh ghi C¸c bit chän d·y thanh ghi (RS0 vµ RS1) x¸c ®Þnh d·y thanh ghi ®­îc tÝch cùc. Chóng ®­îc xo¸ sau khi reset hÖ thèng vµ ®­îc thay ®æi b»ng phÇn mÒm nÕu cÇn. VÝ dô, ba lÖnh sau cho phÐp d·y thanh ghi 3 vµ di chuyÓn néi dung cña thanh ghi R7 (®Þa chØ byte 1FH) ®Õn thanh ghi tÝch luü: SETB RS1 SETB RS0 MOV A,R7 Khi ch­¬ng tr×nh ®­îc hîp ®Þnh c¸c ®i¹ chØ bit ®óng ®­îc thay thÕ cho c¸c kÝ hiÖu “RS1” vµ “RS0”. VËy lÖnh SETB RS1 sÏ gièng nh­ lÖnh SETB 0D4H. -Cê trµn §­îc set b»ng 1 nÕu sau phÐp céng hoÆc phÐp trõ cã xuÊt hiÖn 1 trµn sè häc.kiÓm tra bit nµy xem kÕt qu¶ cã n»m trong tÇm hay kh«ng . KÕt qu¶ lín h¬n +128 hoÆc nhá h¬n -127 cê trµn ®­îc bá qua . -Cê ch½n lÎ P ®­îc set hay xãa ë mçi chu k× m¸y ®Ó thiÕt lËp kiÓm tra ch½n cho thanh ghi A. +Thanh ghi B Dïng chung víi thanh ghi A trong c¸c phÐp to¸n nh©n chia . MUL AB//nh©n 2 sè 8 bit kh«ng dÊu trong A vµ B chøa kÕt qu¶ tÝnh to¸n vµo cÆp thanh ghi A:B .B chøa bit cao vµ A chøa bit thÊp.PhÐp chia th× A chu¾ kÕt qu¶ cßn B chøa phÇn d­ +Con trá strack Lµ 1 thanh ghi 8 bit. C¸c lÖnh liªn quan lµ cÊt d÷ liÖu vµo stack vµ lÊy d÷ liÖu tõ stack ra .(PUSH vµ POP) +Con trá d÷ liÖu DPTR Con trá d÷ liÖu (DPTR) ®ù¬c dïng ®Ó truy xuÊt bé nhí ngoµi lµ mét thanh ghi 16 bit ë ®Þa chØ 82H (DPL: byte thÊp) vµ 83H (DPH: byte cao). +C¸c thanh ghi port Port §Þa chØ 0 80H 1 90H 2 A0H 3 B0H +C¸c thanh ghi ®Þnh thêi 8051 cã 2 bé ®Õm /®Þnh thêi 16 bit ®Ó ®Þnh c¸c kho¶ng thêi gian hay ®Ó ®Õm c¸c sù kiÖn . Bé ®Þnh thêi §Þa chØ byte cao §Þa chØ byte thÊp 0 8CH ë TH0 8AH ë TL0 1 8DH ë TH1 8DH ë TL1 Ho¹t ®éng cña bé ®Þnh thêi ®­îc thiÕt lËp bëi thanh ghi chÕ ®é ®Þnh thêi TMOD vµ thanh ghi ®iÒu khiÓn ®Þnh thêi TCON .TCON ®­îc ®Þnh ®Þa chØ tõng Bit . +C¸c thanh ghi cña port nèi tiÕp 8051 cã 1 port nèi tiÕp dïng ®Ó truyÒn th«ng víi c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi hay modem hoÆc ®Ó giao tiÕp víi c¸c IC kh¸c cã m¹ch giao tiÕp nèi tiÕp .Cã chøa thanh ghi SBUF l­u d÷ liÖu nhËn vÒ vµ truyÒn ®i +C¸c thanh ghi ng¾t 8051 cã cÊu tróc ng¾t víi 2 møc ­u tiªn vµ 5 nguyªn nh©n ng¾t sau khi reset hÖ thèng .thanh ghi cho phÐp ng¾t IE.Møc ­u tiªn ng¾t ë thanh ghi IP .C¶ 2 thanh ghi ®Òu ®­îc ®Þnh ®Þa chØ tõng bit . +Thanh ghi ®iÒu khiÓn nguån ChÕ ®é nghØ ChÕ ®é nguån gi¶m *Bé nhí ngoµi 8051 cho phÐp më réng bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi 64 K vµ bé nhí d÷ liÖu ngoµi lµ 64K .ROM vµ RAM ngoµi ®­îc thªm vµo khi cÇn . Khi dïng bé nhí ngoµi, port 0 kh«ng cßn lµ mét port I/O thuÇn tuý n÷a. Nã ®­îc hîp kªnh gi÷a bus ®Þa chØ (A0-A7) vµ bus d÷ liÖu (D0-D7) víi tÝn hiÖu ALE ®Ó chèt byte thÊp cña ®Þa chØ khi b¾t ®Çu mçi chu kú bé nhí. Port 2 th«ng th­êng ®­îc dïng cho byte cao cña bus ®Þa chØ. Trong nöa ®Çu cña mçi chu kú bé nhí, byte thÊp cña ®Þa chØ ®­îc cÊo trong port 0 vµ ®­îc chèt b»ng xung ALE. Mét IC chèt 74HC373 (hoÆc t­¬ng ®­¬ng) sÏ gi÷ byte ®Þa chØ thÊp trong phÇn cßn l¹i cña chu kú bé nhí. Trong nöa sau cña chu kú bé nhí port 0 ®­îc dïng nh­ bus d÷ liÖu vµ ®­îc ®äc hoÆc ghi tuú theo lÖnh. *Ho¹t ®éng Reset Reset 8051 b»ng c¸ch gi÷ ch©n RST ë møc cao tèi thiÓu 2 chu k× m¸y vµ sau ®ã chuyÓn nã vÒ møc thÊp. RST cã thÓ ®­îc kÝch khi cÊp ®iÖn dïng mét m¹ch R-C. H×nh 7: M¹ch reset hÖ thèng Tr¹ng th¸i cña tÊt c¶ c¸c thanh ghi cña 8051 sau khi reset hÖ thèng ®­îc tãm t¾t trong b¶ng sau: Thanh ghi Néi dung §Õm ch­¬ng tr×nh TÝch luü B PSW SP DPTR Port 0-3 IP IE C¸c thanh ghi ®Þnh thêi SCON SBUF PCON(HMOS) PCON(CMOS) 0000H 00H 00H 00H 07H 0000H FFH XXX00000B 0XX00000B 00H 00H 00H 0XXXXXXB 0XXX0000B B¶ng 3: Tr¹ng th¸i c¸c thanh ghi sau khi reset. 2.2.§o nhiÖt ®é. 2.2.1 HÖ thèng ®o l­êng. §Ó thùc hiÖn phÐp ®o cña mét ®©i l­îng nµo ®ã th× tuú thuéc vµo ®Æc tÝnh c¶u ®¹i l­îng cÇn ®o, ®iÒu kiÖn ®o, còng nh­ ®é chÝnh x¸c theo yªu cÇu cña mét phÐp ®o mµ ta cã thÓ thùc hiÖn ®o b»ng nhiÒu c¸ch kh¸c nhau trªn c¬ së cña c¸c hÖ thèng ®o l­êng kh¸c nhau. S¬ ®å khèi cña mét hÖ thèng ®o l­êng tæng qu¸t: ChuyÓn ®æi M¹ch ®o ChØ thÞ Khèi chuyÓn ®æi: lµm nhiªm vô nhËn trùc tiÕp c¸c ®¹i l­îng vËt lÝ ®Æc tr­ng cho ®èi t­îng cÇn ®o biÕn ®æi c¸c ®¹i l­îng thµnh c¸c ®¹i l­îng vËt lÝ thèng nhÊt ( dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p) ®Ó thuËn lîi cho viÖc tÝnh to¸n. M¹ch ®o: cã nhiÖm vô tÝnh to¸n biÕn ®æi tÝn hiÖu nhËn ®­îc tõ bé chuyÓn ®æi sao cho phï hîp víi yªu cÇu thÓ hiÖn kÕt qu¶ ®o cña bé chØ thÞ Khèi chØ thÞ: lµm nhiÖm vô biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn nhËn ®­îc tõ m¹ch ®o ®Ó thÓ hiÖn kÕt qu¶ ®o. *HÖ thèng ®o l­êng sè. HÖ thèng ®o l­êng sè ®­îc ¸p dông t­¬ng ®èi réng trong c¸c hÖ thèng ®o l­êng v× cã c¸c ­u ®iÓm: C¸c tÝn hiÖu t­¬ng tù qua biÕn ®æi thµnh c¸c tÝn hiÖu sè cã c¸c xung râ rµng ë tr¹ng th¸i 0;1 sÏ giíi h¹n ®­îc nhiÒu møc tÝn hiÖu g©y sai sè. MÆt kh¸c hÖ thèng nµy t­¬ng thÝch víi d÷ liÖu cña m¸y tÝnh, qua giao tiÕp víi m¸y tÝnh øng dông réng r·i trong kÜ thuËt. §¹i l­îng ®o §¹i l­îng ®o §iÒu khiÓn chän kªnh HiÓn thÞ Sö dông kÕt qu¶ C¶m biÕn ChÕ biÕn tÝn hiÖu ®o Dån kªnh t­¬ng tù ADC ChÕ biÕn tÝn hiÖu ®o C¶m biÕn Vi xö lÝ Ch­¬ng tr×nh H×nh 8: S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®o l­êng sè *Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: §èi t­îng cÇn ®o lµ ®¹i l­îng vÊt lÝ, dùa vµo c¸c ®Æc tÝnh cña ®èi t­îng cÇn ®o mµ ta chän mét lo¹i c¶m biÕn phï hîp ®Ó biÕn ®æi th«ng sè ®¹i l­îng vËt lÝ cÇn ®o thµnh ®¹i l­îng ®iÖn, ®­a vµo m¹ch chÕ biÕn tÝn hiÖu ( gåm: bé c¶m biÕn, hÖ thèng khuÕch ®¹i, xö lÝ tÝn hiÖu). Bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sang sè ADC (Analog Digital Converter) lµm nhiÖm vô chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang tÝn hiÖu sè vµ kÕt nèi víi vi xö lÝ. Bé vi xö lÝ cã nhiÖm vô thùc hiÖn nh÷ng phÐp tÝnh vµ xuÊt ra nh÷ng lÖnh trªn c¬ së tr×nh tù nh÷ng lÖnh chÊp hµnh vµ thùc hiÖn tr­íc ®ã. Bé dån kªnh t­¬ng tù ( multiplexers) vµ bé chuyÓn ®æi ADC ®­îc dïng chung cho tÊt c¶ c¸c kªnh. D÷ liÖu nhËp vµo vi xö lÝ sÏ cã tÝn hiÖu chän ®óng kªnh cÇn xö lÝ ®Ó ®­a vµo bé chuyÓn ®æi ADC vµ ®äc ®óng gi¸ trÞ ®Æc tr­ng cña nã qua tÝnh to¸n ®Ó cã kÕt qu¶ cña ®¹i l­îng cÇn ®o. 2.2.2 C¸c ph­¬ng ph¸p ®o. Trong nghiªn cøu khoa häc, trong s¶n xuÊt còng nh­ trong ®êi sèng sinh ho¹t hµng ngµy, lu«n lu«n cÇn x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña m«i tr­êng hya cña mét vËt nµo ®ã. V× vËy viÖc ®o nhiÖt ®é ®· trë thµnh mét viÖc lµm v« cïng cÇn thiÕt. §o nhiÖt ®é lµ mét trong nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®o l­êng kh«ng ®iÖn. NhiÖt ®é cÇn ®o cã thÓ rÊt thÊp (mét vµi ®é Kelvin), còng cã thÓ rÊt cao (vµi ngµn, vµi chôc ngµn ®é Kelvin). §é chÝnh x¸c cña nhiÖt ®é cã khi cÇn tíi mét vµi phÇn ngµn ®é, nh­ng cã khi vµi chôc ®é còng cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. ViÖc ®o nhiÖt ®é ®­îc tiÕn hµnh nhê c¸c dông cô hç trî chuyªn biÖt nh­ cÆp nhiÖt ®iÖn, nhiÖt ®iÖn trë, ®iode vµ transistor, IC c¶m biÕn nhiÖt ®é, c¶m biÕn th¹ch anh …Tuú theo kho¶ng nhiÖt ®é cÇn ®o vµ sai sè cho phÐp mµ ng­êi ta lùa chän c¸c lo¹i c¶m biÕn vµ ph­¬ng ph¸p ®o cho phï hîp: - Kho¶ng nhiÖt ®é ®o b»ng ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc vµ dïng cÆp nhiÖt ®iÖn (cÆp nhiÖt ngÉu) lµ tõ -2700C ®Õn 25000C víi ®é chÝnh x¸c cã thÓ ®¹t tíi +/-1% ®Õn 0,1%. - Kho¶ng nhiÖt ®é ®o b»ng ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc vµ dïng c¸c c¶m biÕn tiÕp gi¸p P-N (®iode, transistor, IC) lµ tõ -2000C ®Õn 2000C, sai sè ®Õn +/-0,1%. - C¸c ph­¬ng ph¸p ®o kh«ng tiÕp xóc nh­ bøc x¹, quang phæ … cã kho¶ng nhiÖt ®é ®o tõ 10000C ®Õn vµi chôc ngµn ®é C víi sai sè +/-1% ®Õn 10%. Thang ®o nhiÖt ®é gåm: thang ®o Celcius (0C), thang ®o Kelvin (0K), thang ®o Fahrenheit (0F), thang ®o Rankin (0R). T(0C) = T(0K) – 273,15 T(0F) = T(0R) – 459,67 T(0C) = [ T(0F) – 32]*5/9 T(0F) = T(0C)*9/5 + 32 2.2.3 C¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë PT100 PT100 lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë. Nã cã thÓ ®o chÝnh x¸c nhiÖt ®é trong kho¶ng -2000C ÷ 8500C.Nã còng cã mét ®Çu ra ®Ó cã thÓ truyÒn chuyÓn,®­a ®Õn bé xö lÝ tÝn hiÖu.PT100 lµ mét thiÕt bÞ biÓu hiÖn sù biÕn thiªn cña ®iÖn trë ®æi víi nhiÖt ®é.§iÖn trë suÊt cña kim lo¹i bªn trong PT cã thÓ lµ: b¹ch kim, ®ång, niken. Chóng ®­îc lùa chän cho phï hîp víi d¶i nhiÖt ®é ®o mong muèn. §iÖn trë cña PT100 cã thÓ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: Rt = R0 (1 + αt ) (2-1) Trong ®ã : Rt - ®iÖn trë cña PT100 ë nhiÖt ®é t0C R0 - ®iÖn trë cña PT100 ë 00C α - hÖ sè nhiÖt ( chän α = 0,00391) + §iÖn trë cña PT100 ë 00C lµ 100Ω + D¶i nhiÖt ®é ®o ®­îc tõ -200 ÷ 8000C cã ®iÖn trë thay ®æi tõ 0 ÷ 375Ω vµ ®iÖn ¸p thay ®æi tõ 0 ÷ 115 mV + ë nhiÖt ®é 250C sai sè cña nhiÖt ®é lµ 0,010C + HÖ sè nhiÖt cña ®iÖn trë 3ppm/0C + Thêi gian chuyÓn ®æi ®iÖn trë 720ms vµ ®iÖn ¸p 180ms + Sù b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p ± 100V + PT100 cã thÓ cã nhiÒu lo¹i nh­ lo¹i 2d©y, 3 d©y, 4 d©y.Víi sè d©y cµng cao th× ®é chÝnh x¸c cµng lín. D­íi ®©y lµ b¶ng ®iÖn trë cña PT100: NhiÖt ®é (0C) §iÖn trë (Ω) -200 18,52 -100 60,26 0 100,00 10 103,9 50 119,4 100 138,51 150 157,33 200 175,86 300 212.05 400 247,09 600 313,71 850 390,48 2.3.Bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù sè. 2.3.1 Kh¸i niÖm chung. Ngµy nay viÖc truyÒn ®¹t tÝn hiÖu còng nh­ qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vµ chØ thÞ phÇn lín ®­îc thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p sè. Trong khi ®ã tÝn hiÖu tù nhiªn cã d¹ng t­¬ng tù nh­ : nhiÖt ®é, ¸p suÊt, c­êng ®é ¸nh s¸ng, tèc ®é quay, tÝn hiÖu ©m thanh …§Ó kÕt nèi gi÷a nguån tÝn hiÖu t­¬ng tù víi c¸c hÖ thèng xö lÝ sè ng­êi ta dïng c¸c m¹ch chuyÓn ®æi t­¬ng tù sang sè (ADC) nh»m biÕn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang tÝn hiÖu sè hoÆc trong tr­êng hîp ng­îc l¹i cÇn biÕn ®æi tÝn hiÖu sè sang t­¬ng tù th× dïng m¹ch DAC (Digital Analog converter) 2.3.2 Nguyªn t¾c thùc hiÖn chuyÓn ®æi ADC. M¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang sè, chuyÓn mét tÝn hiÖu ngâ vµo t­¬ng tù (dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p) thµnh d¹ng m· sè nhÞ ph©n cã gi¸ trÞ t­¬ng øng. ChuyÓn ®æi ADC cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p. Tuy nhiªn, mçi ph­¬ng ph¸p ®Òu cã nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n kh¸c nhau: + §é chÝnh x¸c cña chuyÓn ®æi A-D + Tèc ®é chuyÓn ®æi + D¶i biÕn ®æi cña tÝn hiÖu t­¬ng tù ngâ vµo + Startcommand VA V’A Control Unit Register D/A converter Comparator clock Digital output H×nh 9: S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña m¹ch ADC. *Ho¹t ®éng: - §Çu tiªn kÝch xung start ®Ó bé chuyÓn ®æi ADC ho¹t ®éng. - T¹i mét tÇn sè ®­îc x¸c ®Þnh b»ng xung clock bé ®iÒu khiÓn lµm thay ®æi thµnh sè nhÞ ph©n ®­îc l­u tr÷ trong thanh ghi (Register). - Sè nhÞ ph©n trong thanh ghi ®­îc chuyÓn thµnh d¹ng ®iÖn ¸p V’a b»ng bé chuyÓn ®æi DA. - Bé so s¸nh, so s¸nh V’a víi ®iÖn ¸p ngâ vµo Va. NÕu V’a Va ngâ ra cña bé so s¸nh xuèng møc thÊp vµ qu¸ tr×nh thay ®æi sè cña thanh ghi ng­ng. Lóc nµy V’a gÇn b»ng Va , nh÷ng sè trong thanh ghi lµ nh÷ng sè cÇn chuyÓn ®æi. 2.3.3 C¸c ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D a.Ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n (Intergration method) Ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n còng gièng nh­ ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi ADC dïng tÝn hiÖu dèc ®«i ( Dual-Slope- ADC). CÊu tróc m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n h¬n nh­ng tèc ®é chuyÓn ®æi chËm. * Ho¹t ®éng : - Khi cã xung start m¹ch ®Õm ®­a vÒ tr¹ng th¸i reset. M¹ch logic ®iÒu khiÓn kho¸ K ë vÞ trÝ 1, ®iÖn ¸p t­¬ng tù Vin ®­îc n¹p vµo tô ®iÖn C víi thêi gian t1 tÝn hiÖu ngâ ra cña m¹ch tÝch ph©n gi¶m dÇn vµ cho ®Õn khi nhá h¬n 0V th× ngâ ra cña bé so s¸nh lªn møc 1, do ®ã m¹ch logic ®iÒu khiÓn më cæng cho xung clock vµo m¹ch ®Õm. Sau kho¶ng thêi gian t1 m¹ch ®Õm trµn m¹ch logic ®iÒu khiÓn kho¸ K ë vÞ trÝ 0, khi ®ã ®iÖn ¸p ©m Vref ®­îc ®­a vµo ngâ vµo cña m¹ch tÝch ph©n, tô ®iÖn C x¶ ®iÖn víi tèc ®é kh«ng ®æi, sau kho¶ng thêi gian t2 tÝn hiÖu ngâ ra cña m¹ch tÝch ph©n t¨ng dÇn, do ®ã ngâ ra cña m¹ch so s¸nh xuèng møc thÊp lµm cho m¹ch logic ®iÒu khiÓn ®ãng cæng vµ b¸o kÕt thóc chuyÓn ®æi. Trong suèt kho¶ng th¬× gian x¶ ®iÖn t2 m¹ch ®Õm vÉn tiÕp tôc ®Õm kÕt qu¶ cña m¹ch ®Õm còng chÝnh lµ tÝn hiÖu cÇn chuyÓn ®æi t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p t­¬ng tù ngâ vµo Vin Maïch so saùnh Maïch tích phaân R Ngâ ra sè · · · · Start Clock Ñieän aùp chuaån Vref Vin C _ + _ + Maïch logic ñieàu khieån Boä ñeám H×nh 10: S¬ ®å nguyªn lÝ c¬ b¶n cña chuyÓn ®æi A/D dïng ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n. *Mèi quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ngâ vµo Vin vµ ®iÖn ¸p chuÈn Vref víi t1,t2 t2 = t1.Vin/Vref (2-2) Trong ®ã : - t1 = 2n/fck thêi gian m¹ch ®Õm tõ 0 ®Õn khi trµn. - t2 = N/fck thêi gian m¹ch ®Õm tõ khi trµn ®Õn kÕt qu¶ cuèi. - BiÓu thøc nµy kh«ng phô thuéc vµo thêi h»ng RC, còng nh­ sè xung clock ( nÕu m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh). - C¸c tÝn hiÖu t­¬ng tù Vin qua m¹ch tÝch ph©n nªn c¸c tÝn hiÖu nhiÔu ®Òu bÞ lo¹i bá. - Nh­îc ®iÓm cña m¹ch nµy lµ thêi gian chuyÓn ®æi chËm gi÷a 2n chu kú xung clock trong lÇn lÊy tÝch ph©n trong thêi gian t1 vµ N chu kú trong lÇn lÊy tÝch ph©n trong thêi gian t2. Thêi gian chuyÓn ®æi lín nhÊt khi t2 = t2. Thêi gian chuyÓn ®æi : T = t1 + t2 b. Ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi xÊp xØ liªn tôc (Successive-Approximation ADC) §©y lµ mét trong nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®­îc sö dông réng r·i. Tuy nhiªn, m¹ch ®iÖn cã phøc t¹p nh­ng thêi gian chuyÓn ®æi ng¾n h¬n. Ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi ADC xÊp xØ liªn tiÕp cã thêi gian chuyÓn ®æi cè ®Þnh kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p ngâ vµo. Clock Start EOC VA V’A + _ DAC Thanh ghi ®iÒu khiÓn Logic ®iÒu khiÓn MSB LSB H×nh 11: S¬ ®å khèi chuyÓn ®æi ADC dïng ph­¬ng ph¸p xÊp xØ liªn tiÕp. *Ho¹t ®éng: Khi t¸c ®éng c¹nh xuèng cña xung start th× ADC b¾t ®Çu chuyÓn ®æi. - M¹ch logic ®iÒu khiÓn ®Æt bit cã nghÜa lín nhÊt ( Most Signifi cant Bit) cña thanh ghi ®iÒu khiÓn lªn møc cao vµ tÊt c¶ c¸c bit cßn l¹i ë møc thÊp. Sè nhÞ ph©n ra m¹ch thanh ghi ®iÒu khiÓn ®­îc qua m¹ch DAC ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p tham chiÕu V’a. - NÕu V’a > Va th× ngâ ra bé so s¸nh xuèng møc thÊp, lµm cho m¹ch logic ®iÒu khiÓn xo¸ bit MSB xuèng møc thÊp. - NÕu V’a < Va th× ngâ ra cña bé so s¸nh vÉn ë møc cao vµ lµm cho m¹ch logic ®iÒu khiÓn gi÷ bit MSB ë møc cao. TiÕp theo m¹ch logic ®iÒu khiÓn ®­a bit cã nghÜa kÕ bit MSB lªn møc cao vµ t¹o ë ngâ ra khèi DAC mét ®iÖn ¸p tham chiÕu V’a råi ®em so s¸nh t­¬ng tù nh­ bit MSB ë trªn. Qu¸ tr×nh nµy cø tiÕp tôc cho ®Õn bit cuèi cïng trong thanh ghi ®iÒu khiÓn. Lóc ®ã V’a gÇn b»ng Va ngâ ra cña m¹ch logic ®iÒu khiÓn b¸o kÕt thóc chuyÓn ®æi. Nh­ vËy m¹ch ®æi ra n bit chØ mÊt n chu kú xong clock nªn cã thÓ ®¹t tèc ®é rÊt cao. Tuy nhiªn m¹ch ADC xÊp xØ liªn tiÕp l¹i kh«ng thÓ ®¸p øng víi tÝn hiÖu t­¬ng tù vµo biÕn ®æi cùc nhanh. c.Ph­¬ng ph¸p song song (paralled method) M¹ch ADC dïng nguyªn t¾c chuyÓn ®æi song song hay cßn gäi lµ ph­¬ng ph¸p ADC nhanh, cã cÊu tróc m¹ch ®iÖn phøc t¹p nh­ng tèc ®é chuyÓn ®æi rÊt cao. Trong vµi tr­êng hîp ng­êi ta cÇn m¹ch chuyÓn ®æi ADC cã tèc ®é rÊt cao v× nh÷ng tÝn hiÖu biÕn ®æi nhanh nªn khi chuyÓn sang d¹ng sè ng­êi ta cÇn m¹ch ADC cã tèc ®é cao 7 2 ULSB 5 2 ULSB 5 2 ULSB 3 2 ULSB 1 2 ULSB 13 2 ULSB 11 2 ULSB 9 2 ULSB R/2 R/2 X1 X7 X6 X5 X2 X4 X3 Bé M· Ho¸ 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 + + + + + + + Vref G Vin · · · D0 D1 D2 H×nh 12: S¬ ®å khèi m¹ch chuyÓn ®æi A/D dïng ph­¬ng ph¸p song song. * Ho¹t ®éng: M¹ch bao gåm: khèi so s¸nh song song vµ m¹ch m· ho¸. TÝn hiÖu t­¬ng tù ®­îc ®­a vµo m¹ch so s¸nh cïng mét lóc, c¸c tr¹ng th¸i ra cña m¹ch so s¸nh ®­îc ®­a vµo cÊc flip flop D ®Ó ®­a ®Õn bé m· ho¸, ®Çu ra cña m¹ch m· ho¸ chÝnh lµ ®Çu ra cña m¹ch ADC. M¹ch so s¸nh vµ m¹ch m· ho¸ lµ lo¹i m¹ch cã tèc ®é xö lÝ rÊt cao nªn tæng thêi gian trÔ chØ vµi chôc ns, nhê vËy sù chuyÓn ®æi x¶y ra rÊt nhanh. Tuy nhiªn víi m¹ch ADC nhanh ë 3 bit th× nã ®ßi hái b¶y bé so s¸nh khi ë 6 bit th× cÇn ®Õn 63 bé so s¸nh ®ã lµ nh­îc ®iÓm cña m¹ch ADC dïng ph­¬ng ph¸p so s¸nh B¶ng sù thËt cña m¹ch chuyÓn ®æi. §iÖn ¸p vµo Ngâ ra bé so s¸nh TÝn hiÖu sè ngâ 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 2.4.Khèi hiÓn thÞ Trong hÖ thèng vi xö lÝ, bé hiÓn thÞ ®ãng vai trß rÊt quan träng: dïng ®Ó giao tiÕp gi÷a m¸y tÝnh víi ng­êi sö dông, cho phÐp ng­êi sö dông quan s¸t, c¶m nhËn qu¸ tr×nh lµm viÖc cña hÖ thèng 2.4.1 LED 7 thanh. Led 7 thanh lµ mét d¹ng cña ®iode ph¸t quang.ë ®©y c¸c ®iode ph¸t quang ®­îc xÕp theo h×nh sè 8 vµ thø tù c¸c ch©n ®c m« t¶ theo h×nh vÏ d­íi ®©y: Cã hai lo¹i led 7 thanh. §ã lµ lo¹i Anot chung vµ Katot chung.Víi lo¹i Anot chung th× khi m¾c vµo m¹ch th× ta cÇn chó ý m¾c ch©n nguån (ch©n 3 hay ch©n 8) vµo Vcc.Cßn ®èi víi lo¹i Katot chung th× ta m¾c hai ch©n ®Êy vµo GND. H×nh 13: Led 7 thanh lo¹i Anot vµ Katot Víi s¬ ®å nµy th× ta muèn hiÖn thÞ thanh nµo s¸ng th× ta chØ cÇn cÊp ®iÖn GND cho ®Çu vµo a ÷ g (®èi víi lo¹i Anot chung) vµ cÊp Vcc (®èi víi lo¹i Katot chung). 2.4.2 Mµn h×nh LCD. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y LCD ®ang ngµy cµng ®­îc sö dông réng r·i thay thÕ dÇn cho c¸c ®Ìn LED (c¸c ®Ìn LED 7 ®o¹n hay nhiÒu ®o¹n). §ã lµ v× c¸c nguyªn nh©n sau: + C¸c LCD cã gi¸ thµnh h¹. + Kh¶ n¨ng hiÓn thÞ c¸c sè, c¸c ký tù vµ ®å ho¹ tèt h¬n nhiÒu so víi c¸c ®Ìn LED (v× c¸c ®Ìn LED chØ hiÓn thÞ ®­îc c¸c sè vµ mét sè ký tù). + Nhê kÕt hîp mét bé ®iÒu khiÓn lµm t­¬i vµo LCD lµm gi¶i phãng cho CPU c«ng viÖc lµm t­¬i LCD. Trong khi ®Ìn LED ph¶i ®­îc lµm t­¬i b»ng CPU (hoÆc b»ng c¸ch nµo ®ã) ®Ó duy tr× viÖc hiÓn thÞ d÷ liÖu. + DÔ dµng lËp tr×nh cho c¸c ký tù vµ ®å ho¹. a. M« t¶ c¸c ch©n cña LCD. LCD ®­îc nãi trong môc nµy cã 14 ch©n, chøc n¨ng cña c¸c ch©n ®­îc cho trong b¶ng 4. VÞ trÝ cña c¸c ch©n ®­îc m« t¶ trªn h×nh 14 cho nhiÒu LCD kh¸c nhau. + Ch©n VCC, VSS vµ VEE: C¸c ch©n VCC, VSS vµ VEE: CÊp d­¬ng nguån - 5v vµ ®Êt t­¬ng øng th× VEE ®­îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn ®é t­¬ng ph¶n cña LCD. + Ch©n chän thanh ghi RS (Register Select). Cã hai thanh ghi rÊt quan träng bªn trong LCD, ch©n RS ®­îc dïng ®Ó chän c¸c thanh ghi nµy nh­ sau: NÕu RS = 0 th× thanh ghi mµ lÖnh ®­îc chän ®Ó cho phÐp ng­êi dïng göi mét lÖnh ch¼ng h¹n nh­ xo¸ mµn h×nh, ®­a con trá vÒ ®Çu dßng v.v… NÕu RS = 1 th× thanh ghi d÷ liÖu ®­îc chän cho phÐp ng­êi dïng göi d÷ liÖu cÇn hiÓn thÞ trªn LCD. + Ch©n ®äc/ ghi (R/W). §Çu vµo ®äc/ ghi cho phÐp ng­êi dïng ghi th«ng tin lªn LCD khi R/W = 0 hoÆc ®äc th«ng tin tõ nã khi R/W = 1. +Ch©n cho phÐp E (Enable). Ch©n cho phÐp E ®­îc sö dông bëi LCD ®Ó chèt th«ng tin hiÖn h÷u trªn ch©n d÷ liÖu cña nã. Khi d÷ liÖu ®­îc cÊp ®Õn ch©n d÷ liÖu th× mét xung møc cao xuèng thÊp ph¶i ®­îc ¸p ®Õn ch©n nµy ®Ó LCD chèt d÷ liÖu trªn c¸c ch©n d÷ liªu. Xung nµy ph¶i réng tèi thiÓu lµ 450ns. +Ch©n D0 - D7. §©y lµ 8 ch©n d÷ liÖu 8 bÝt, ®­îc dïng ®Ó göi th«ng tin lªn LCD hoÆc ®äc néi dung cña c¸c thanh ghi trong LCD. §Ó hiÓn thÞ c¸c ch÷ c¸i vµ c¸c con sè, chóng ta göi c¸c m· ASCII cña c¸c ch÷ c¸i tõ A ®Õn Z, a ®Õn f vµ c¸c con sè tõ 0 - 9 ®Õn c¸c ch©n nµy khi bËt RS = 1. Còng cã c¸c m· lÖnh mµ cã thÓ ®­îc göi ®Õn LCD ®Ó xo¸ mµn h×nh hoÆc ®­a con trá vÒ ®Çu dßng hoÆc nhÊp nh¸y con trá. Chóng ta còng sö dông RS = 0 ®Ó kiÓm tra bÝt cê bËn ®Ó xem LCD cã s½n sµng nh©n th«ng tin. Cê bËn lµ D7 vµ cã thÓ ®­îc®äc khi R/W = 1 vµ RS = 0 nh­ sau: NÕu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cê bËn 1) th× LCD bËn bëi c¸c c«ng viÖc bªn trong vµ sÏ kh«ng nhËn bÊt kú th«ng tin míi nµo. Khi D7 = 0 th× LCD s½n sµng nhËn th«ng tin míi. L­u ý chóng ta nªn kiÓm tra cê bËn tr­íc khi ghi bÊt kú d÷ liÖu nµo lªn LCD. B¶ng 4: M« t¶ c¸c ch©n cña LCD. Ch©n Ký hiÖu I/O M« t¶ 1 VSS - §Êt 2 VCC - D­¬ng nguån 5v 3 VEE - CÊp nguån ®iÒu khiÓn ph¶n 4 RS I RS = 0 chän thanh ghi lÖnh. RS = 1 chän thanh d÷ liÖu 5 R/W I R/W = 1 ®äc d÷ liÖu. R/W = 0 ghi 6 E I/O Cho phÐp 7 DB0 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 8 DB1 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 9 DB2 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 10 DB3 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 11 DB4 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 12 DB5 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 13 DB6 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 14 DB7 I/O C¸c bÝt d÷ liÖu 15 - - Anot 16 - - Katot H×nh 14: S¬ ®å ch©n LCD b.C¸c m· lÖnh LCD. M· (Hex) LÖnh ®Õn thanh ghi cña LCD 1 Xo¸ mµn h×nh hiÓn thÞ 2 Trë vÒ ®Çu dßng 4 Gi¶ con trá (dÞch con trá sang tr¸i) 6 T¨ng con trá (dÞch con trá sang ph¶i) 5 DÞch hiÓn thÞ sang ph¶i 7 DÞch hiÓn thÞ sang tr¸i 8 T¾t con trá, t¾t hiÓn thÞ A T¾t hiÓn thÞ, bËt con trá C BËt hiÓn thÞ, t¾t con trá E BËt hiÓn thÞ, nhÊp nh¸y con trá F T¾t con trá, nhÊp nh¸y con trá 10 DÞch vÞ trÝ con trá sang tr¸i 14 DÞch vÞ trÝ con trá sang ph¶i 18 DÞch toµn bé hiÓn thÞ sang tr¸i 1C DÞch toµn bé hiÓn thÞ sang ph¶i 80 Ðp con trá vÒ ®Çu dßng thø nhÊt C0 Ðp con trá vÒ ®Çu dßng thø hai 38 Hai dßng vµ ma trËn 5 ´ 8 c.B¶ng d÷ liÖu cña LCD. Trong LCD ta cã thÓ ®Æt d÷ liÖu vµo bÊt cø chç nµo. d­íi ®©y lµ c¸c vÞ trÝ ®Þa chØ vµ c¸ch chóng ®­îc truy cËp. RS E/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 A A A A A A A Khi AAAAAAA = 0000000 ®Õn 0100111 cho dßng lÖnh 1 vµ AAAAAAA = 1100111 cho dßng lÖnh 2. Xem b¶ng 5: B¶ng 5: §¸nh ®Þa chØ cho LCD. DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Dßng 1 (min) 1 0 0 0 0 0 0 0 Dßng 1 (max) 1 0 1 0 0 1 1 1 Dßng 2 (min) 1 1 0 0 0 0 0 0 Dßng 2 (max) 1 1 1 0 0 1 1 1 D¶i ®Þa chØ cao cã thÓ lµ 0100111 cho LCD. 40 ký tù trong khi ®èi víi LCD 20 ký tù chØ ®Õn 010011 (19 thËp ph©n = 10011 nhÞ ph©n). §Ó ý r»ng d¶i trªn 0100111 (nhÞ ph©n) = 39 thËp ph©n øng víi vÞ trÝ 0 ®Õn 39 cho LCD kÝch th­íc 40 ´ 2. Tõ nh÷ng ®iÒu nãi ë trªn ®©y ta cã thÓ nhËn ®­îc c¸c ®Þa chØ cña vÞ trÝ con trá cã c¸c kÝch th­íc LCD kh¸c nhau. Xem h×nh 15 chó ý r»ng tÊt c¶ mäi ®Þa chØ ®Òu ë d¹ng sè Hex. H×nh 16 cho mét biÓu ®å cña viÖc ph©n thêi gian cña LCD. B¶ng 6 lµ danh s¸ch liÖt kª chi tiÕt c¸c lÖnh vµ chØ lÖnh cña LCD. B¶ng 5 ®­îc më réng tõ b¶ng nµy. 16 ´ 2 LCD 80 C0 81 C0 82 C2 83 C3 84 C4 85 C5 86 C6 Through Through 8F CF 20 ´ 1 LCD 80 81 82 83 Through 93 20 ´ 2 LCD 80 C0 81 C0 82 C2 83 C3 Through 93 Through D3 20 ´ 4 LCD 80 C0 94 D4 81 C0 95 D5 82 C2 96 D6 83 C3 97 D7 Through 93 Through D3 Through A7 Through E7 20 ´ 2 LCD 80 C0 81 C0 82 C2 83 C3 Through A7 Through E7 Note: All data is in hex. H×nh 15: C¸c ®Þa chØ con trá ®èi víi mét sè LCD. tPwh = Enable pulse width = 450 ns (minimum) tDSW = Data set up time = 195 ns (minimum) tH = Data hold time 10 ns (minimum) tAS = Set up time prior to E (going high) for both RS and R/W = 140 ns (minimum) tAH = Hold time afterr E has come down for both RS and R/W = 10 ns (minimum) Data tDSW tPWH tH tAH E RS tAS H×nh 16: Ph©n khe thêi gian cña LCD. B¶ng 6: Danh s¸ch liÖt kª c¸c lÖnh vµ ®Þa chØ lÖnh cña LCD. LÖnh RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 M« t¶ Thêi gian thùc hiÖn Xo¸ mµn h×nh 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Xo¸ toµn bé mµn h×nh vµ ®Æt ®Þa chØ 0 cña DD RAM vµo bé ®Õm ®Þa chØ 1.64 ms Trë vÒ ®Çu dßng 0 0 0 0 0 0 0 0 1 - §Æt ®Þa chØ 0 cña DD RAM nh­ bé ®Õm ®Þa chØ. Tr¶ hiÓn thÞ dÞch vÒ vÞ trÝ gèc DD RAM kh«ng thay ®æi 1.64 ms §Æt chÕ ®é truy nhËp 0 0 0 0 0 0 0 1 1/D S §Æt h­íng chuyÓn dÞch con trá vµ x¸c ®Þnh dÞch hiÓn thÞ c¸c thao t¸c nµy ®­îc thùc hiÖn khi ®äc vµ ghi d÷ liÖu 40 ms §iÒu khiÓn BËt/t¾t hiÓn thÞ 0 0 0 0 0 0 1 D C B §Æt BËt/ t¾t mµn h×nh (D) BËt/ t¾t con trá (C) vµ nhÊp nh¸y ký tù ë vÞ trÝ con trá (B) 40 ms DÞch hiÓn thÞ vµ con trá 0 0 0 0 0 1 S/C R/ L - - DÞch con trá vµ dÞch hiÓn thÞ mµ kh«ng thay ®æi DD RAM 40 ms §Æt chøc n¨ng 0 0 0 0 1 DL N F - - ThiÕt lËp ®é dµi d÷ liÖu (DL) sè dßng hiÓn thÞ (L) vµ phßng ký tù (F) 40 ms §Æt ®Þa chØ CGRAM 0 0 0 1 AGC ThiÕt lËp ®Þa chØ C6 RAM d÷ liÖu CG RAM ®­îc göi ®i vµ nhËn sau thiÕt lËp nµy 40 ms ThiÕt lËp ®Þa chØ DD RAM 0 0 1 ADD ThiÕt lËp ®Þa chØ DD RAM d÷ liÖu DD RAM ®­îc göi vµ nhËn sau thiÕt lËp nµy 40 ms Cê bËn ®äc vµ ®Þa chØ 0 1 BF ADD Cê bËn ®äc (BF) b¸o ho¹t ®éng bªn trong ®ang ®­îc thùc hiÖn vµ ®äc néi dung bé ®Õm ®Þa chØ 40 ms Ghi d÷ liÖu CG hoÆc DD RAM 1 0 Ghi d÷ liÖu Ghi d÷ liÖu vµo DD RAM hoÆc CG RAM 40 ms §äc d÷ liÖu CG hoÆc DD RAM 1 1 §äc d÷ liÖu §äc d÷ liÖu tõ DD RAM hoÆc CG RAM 40 ms *Ghi chó: Thêi gian thùc lµ thêi gian cùc ®¹i khi tÇn sè fCP hoÆc fosc lµ 250KHz Thêi gian thùc thay ®æi khi tÇn sè thay ®æi. Khi tÇn sè fEP hay fosc Lµ 270kHz th× thêi gian thùc hiÖn ®­îc tÝnh 250/270 ´ 40 = 35ms v.v… C¸c ký hiÖu viÕt t¾t trong b¶ng lµ: DD RAM RAM d÷ liÖu hiÓn thÞ (Display Data RAM) CG RAM RAM m¸y ph¸t ký tù (character Generator) ACC §Þa chØa cña RAM m¸y ph¸t ký tù ADD §Þa chØ cña RAM d÷ liÖu hiÓn thÞ phï hîp víi ®Þa chØ con trá. AC Bé ®Õm ®Þa chØ (Address Counter) ®­îc dïng cho c¸c ®Þa chØ DD RAM vµ CG RAM. 1/D = 1 T¨ng 1/D = 0 Gi¶m S = 1 KÌm dÞch hiÓn thÞ S/C = 1 DÞch hiÓn thÞ S/C = 0 DÞch con trá R/L = 1 DÞch sang ph¶i R/L = 0 DÞch tr¸i DL = 1 8 bÝt DL = 0 4 bÝt N = 1 2 dßng N = 1 1 dßng F = 1 Ma trËn ®iÓm 5 ´ 10 F = 0 Ma trËn ®iÓm 5 ´ 7 BF = 1 BËn BF = 0 Cã thÓ nhËn lªnh Ch­¬ng 3: ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh lß nhiÖt c«ng suÊt nhá. 3.1.S¬ ®å khèi vµ s¬ ®å nguyªn lÝ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. 3.1.1 S¬ ®å khèi. H×nh 17: S¬ ®å khèi m¹ch ®o l­êng vµ khèng chÕ nhiÖt ®é dïng 89C51 * NhiÖm vô tõng khèi: + Khèi c¶m biÕn : cã nhiÖm vô lµ ®o l­êng nhiÖt ®é tõ m«i tr­êng xung quanh. + Khèi ADC: ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang sè. + Khèi vi ®iÒu khiÓn: §iÒu hµnh mäi ho¹t ®éng cña hÖ thèng. + Khèi khuÕch ®¹i: KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu tõ c¶m biÕn ®­a vÒ. + Khèi hiÓn thÞ: HiÖn thÞ nhiÖt ®é ®o vµ nhiÖt ®é ®Æt. + Khèi ®iÒu khiÓn t¶i: Cã nhiÖm vô ®ãng, më ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ 3.1.2 S¬ ®å nguyªn lÝ: 3.2.ThiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nhiÖm vô tõng khèi. 3.2.1 Khèi c¶m biÕn. §Ó ®o nhiÖt ®é chÝnh x¸c, tÊt nhiªn cÇn cã mét ®Çu dß thÝch hîp. §Çu dß lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®é cã nhiÖm vô vËn chuyÓn tõ nhiÖt ®é qua tÝn hiÖu ®iÖn. Cã rÊt nhiÒu l¹i c¶m biÕn nh­ ®· giíi thiÖu ë trªn. Nh­ng dùa vµo lÝ thuyÕt vµ thùc tÕ cña m¹ch cÇn thiÕt kÕ ta dïng ph­¬ng ph¸p ®o b»ng c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë. C¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë cho phÐp viÖc ®o nhiÖt ®é víi mét cÊp chÝnh x¸c cao, cã thÓ sö dông ®Ó ®o nhiÖt ®é cao. §Ó thuËn tiÖn cho thiÕt kÕ m¹ch ®o ë ®©y em dïng c¶m biÕn nhiÖt PT100 víi ®iÖn trë ë 00C lµ 100Ω rÊt thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n vµ ®o ®¹c. Muèn ®o ®­îc nhiÖt ®é cña c¶m biÕn nhiÖt PT100, ta cã thÓ dïng m¹ch cÇu Wheatston nh­ h×nh sau: H×nh 18: M¹ch cÇu c©n b»ng. Trong ®ã: - Rt : NhiÖt ®iÖn trë PT100 - R2 : §iÖn trë mÉu. - R1, R2 : §iÖn trë cÇu ®o. Ta cã ®iÖn trë cña PT100 lµ Rt ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Rt = R0(1 + αt) (3-1) Trong ®ã : - R0 : Lµ ®iÖn trë cña PT100 ë 00C (R0 = 100Ω) - α : HÖ sè nhiÖt do nhµ s¶n xuÊt quy ®Þnh (Chän α = 0,00391). - t : NhiÖt ®é ®o ®­îc. Tõ ®ã ta cã c«ng thøc: Rt = 100(1 + 0,00391t) = 100 + 0,391t = R0 +∆R (3-2) ( §Æt ∆R = 0,391t) §Ó thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n vµ ®o ®¹c ta chän gi¸ trÞ R1 = R3 ; R2 = Rt Víi ®iÒu kiÖn R1 = R3 ; R2 = Rt th× ta cã s¬ ®å m¹ch cÇu trªn c©n b»ng.Khi ®ã ta cã ICD = 0 => UCD = 0. Khi nhiÖt ®é thay ®æi th× gi¸ trÞ ®iÖn trë cña Rt còng thay ®æi theo. Khi ®ã cÇu sÏ mÊt c©n b»ng vµ khi ®ã gi¸ trÞ cña Rt ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: R0 = R0 +∆R (3-3) §iÖn ¸p UCD lóc nµy ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: UCD = I34(R0 +∆R) – I12(R2) (3-4) Mµ ; Do ®ã ta chän gi¸ trÞ cña R1 = R3 >> R2 = Rt (chän R1 = R3 = 1K) Khi ®ã ; mµ R1 = R3 ; R2 = R0 => I34 ≈I12 => UCD = I*∆R Víi VËy khi ë 00C th× ta cã R2 = R0 = 100Ω vµ R1 = R3 = 1K; U = 3,3V => 3.2.2 Khèi khuÕch ®¹i. Do tÝn hiÖu ngâ ra cña c¶m biÕn rÊt nhá (cì vµi chôc mA) do ®ã ta ph¶i sö dông m¹ch op-amp ®Ó khuÕch ®¹i lªn.S¬ ®å ®­îc thiÕt kÕ nh­ h×nh : H×nh 19: M¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ngâ vµo §Ó thuËn tiÖn cho viÖc khuÕch ®¹i ë ®©y ta dïng hai bé khuÕch ®¹i nèi tiÕp nhau. TÇng khuÕch ®¹i thø nhÊt lµ tÇng khuÕch ®¹i vi sai.ë tÇng nµy do viÖc chän c¸c gi¸ trÞ ®iÖn trë nh­ nhau nªn ta cã hÖ sè khuyÕc ®¹i b»ng 1.NhiÖm vô cña tÇng nµy chØ lµ lµm b­íc ®Öm gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®Ó ®­a ®Õn tÇng sau víi UCD = UE TÇng khuÕch ®¹i thø hai lµ tÇng khuÕch ®¹i chÝnh. Víi viÖc sö dông m¹ch khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o th× ta cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: (3-5) Víi ®iÖn ¸p UF = UE = UCD Tuú theo d¶i nhiÖt ®é ®o mµ ta cã thÓ tuú chän hÖ sè khuÕch ®¹i cña hÖ thèng lµ bao nhiªu dùa vµo sù lùa chän gi¸ trÞ ®iÖn trë R11 = 1K vµ R12 lµ biÕn trë víi gi¸ trÞ R12 = 100K. Nh­ ë m¹ch cÇu cÇn b»ng cho c¶m biÕn PT100 ta ®· x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ dßng ®iÖn trong m¹ch kh«ng ®æi ( I = 3 mA).Víi c¸c gi¸ trÞ cña ®iÖn trë PT100 ë c¸c d¶i nhiÖt ®é ta cã thÓ lÊy nã t¹i b¶ng sù biÕn thiªn cña ®iÖn trë theo nhiÖt ®é ®· ®­îc kiÓm ®Þnh ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p UCD nh­ sau: ë 00C th× ∆R = 100Ω => UCD = I*∆R = 3*0 = 0 mV ë 10C th× ∆R = 0,391Ω => UCD = 3*0,391 = 1,173 mV ë 100C th× ∆R = 3,91Ω => UCD = 3*3,91 = 11,73 mV ……………………………………………………………. ë 1000C th× ∆R = 39,1Ω => UCD = 3*39,1 = 117,3 mV VËy ®Ó ®ång bé víi khèi ADC th× øng víi 10C = 1LSB = 3,3/255 = 12,94 mV th× ta ph¶i ®iÒu chØnh biÕn trë R12 sao cho hÖ sè khuÕch ®¹i K = = 11 lÇn t­¬ng ®­¬ng ta x¸c ®Þnh gi¸ trÞ R12 cÇn ®iÒu chØnh lµ R12 = 10K Chän IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n dïng lo¹i LM358 cã nguån ®¬n cùc. §iÖn ¸p cÊp cho IC lµ +5V vµo ch©n Vcc vµ 0V vµo ch©n GND. 3.2.3 Bé chuyÓn ®æi A/D a.Giíi thiÖu ADC 0809 Bé ADC 0809 lµ mét thiÕt bÞ CMOS tÝch hîp víi mét bé chuyÓn ®æi tõ t­¬ng tù sang sè 8 bit, bé chän 8 kªnh vµ mét bé logic ®iÒu khiÓn t­¬ng thÝch. Bé chuyÓn ®æi A/D 8 bit nµy dïng ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi xÊp xØ tiÕp. Bé chän kªnh cã thÓ truy xuÊt bÊt kú kªnh nµo trong c¸c ngâ vµo t­¬ng tù mét c¸ch ®éc lËp. ThiÕt bÞ nµy lo¹i trõ kh¶ n¨ng cÇn thiÕt ®iÒu chØnh ®iÓm 0 bªn ngoµi vµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tØ sè lµm trßn ADC 0809 dÔ dµng giao tiÕp víi c¸c bé vi xö lÝ. *S¬ ®å ch©n ADC 0809: ADC0809 28 15 1 14 IN2 IN1 IN0 A B C ALE 2-1 2-2 2-3 2-4 2-8 REF 2-6 START IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 EOC 2-5 OE CLK VCC REF GND 2-7 H×nh 20: S¬ ®å ch©n ADC 0809 * ý nghÜa c¸c ch©n: - Ch©n IN0 ®Õn IN7 : 8 ngâ vµo t­¬ng tù - Ch©n A, B, C : Gi¶i m· chän mét trong 8 ngâ vµo - Ch©n Z-1 ®Õn Z-8 : Ngâ ra song song 8 bit - Ch©n ALE : Ch©n cho phÐp chèt ®Þa chØ - Ch©n Start : Xung b¾t ®Çu chuyÓn ®æi - Ch©n CLK : Xung clock cho ADC - Ch©n Ref (+) : §iÖn ¸p tham chiÕu (+) - Ch©n Ref (-) : §iÖn ¸p tham chiÕu (-) - Vcc : Nguån cung cÊp - Ch©n EOC : TÝn hiÖu kÕt thóc chuyÓn ®æi - OE : TÝn hiÖu cho phÐp xuÊt *C¸c ®Æc ®iÓm cña ADC 0809: - §é ph©n gi¶i 8 bit - Tæng sai sè ch­a chØnh ®Þnh ±½ LSB; ± 1 LSB - Thêi gian chuyÓn ®æi : 100μs ë tÇn sè 640 kHz - Nguån cÊp ®iÖn ®¬n : +5VDC - §iÖn ¸p ngâ vµo 0 ÷ 5V - TÇn sè xung clock 10kHz ÷ 1280 kHz - NhiÖt ®é ho¹t ®éng – 400C ÷ 850C - C«ng suÊt thÊp : 15mW - DÔ dµng giao tiÕp víi vi xö lÝ hoÆc dïng riªng - Kh«ng cÇn ®iÒu chØnh zero hoÆc ®Çy thang * Nguyªn lÝ ho¹t ®éng : ADC 0809 cã 8 ngâ vµo t­¬ng tù, 8 ngâ ra 8 bit cã thÓ chän 1 trong 8 ngâ vµo t­¬ng tù ®Ó chuyÓn ®æi sang sè 8 bit. C¸c ngâ vµo ®­îc chän b»ng c¸ch gi¶i m·. Chän 1 trong 8 kªnh vµo t­¬ng tù ®­îc thùc hiÖn nhê 3 ch©n ADDA, ADDB, ADDC nh­ b¶ng tr¹ng th¸i sau: A B C Ngâ vµo ®­îc chän 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Sau khi kÝch xung Start th× bé chuyÓn ®æi b¾t ®Çu ho¹t ®éng ë c¹nh xuèng cña xung start, ngâ ra EOC sÏ xuèng møc thÊp sau kho¶ng 8 xung clock (tÝnh tõ c¹nh xuèng cña xung start). Lóc nµy bit cã träng sè lín nhÊt (MSB) ®­îc ®Æt lªn møc 1, tÊt c¶ c¸c bit cßn l¹i ë møc 0, ®ång thêi t¹o ra ®iÖn thÕ cã gi¸ trÞ Vref/2, ®iÖn thÕ nµy ®­îc so s¸nh víi ®iÖn thÕ vµo Vin. + NÕu Vin > Vref/2 th× bit MSB vÉn ë møc 1 + NÕu Vin < Vref/2 th× bit MSB vÉn ë møc 0 T­¬ng tù nh­ vËy bit kÕ tiÕp MSB ®­îc ®Æt lªn 1 vµ t¹o ra ®iÖn thÕ cã gi¸ trÞ Vref/4 vµ còng so s¸nh víi ®iÖn ¸p ngâ vµo Vin. Qu¸ tr×nh cø tiÕp tôc nh­ vËy cho ®Õn khi x¸c ®Þnh ®­îc bit cuèi cïng. Khi ®ã ch©n EOC lªn møc 1 b¸o cho biÕt ®· kÕt thóc chuyÓn ®æi. Trong su«t qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi ch©n OE ®­îc ®Æt ë møc 1, muèn ®äc d÷ liÖu ra ch©n OE xuèng møc 0. Trong suèt qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi nÕu cã 1 xung start t¸c ®éng th× ADC sÏ ng­ng chuyÓn ®æi. M· ra N cho mét ngâ vµo tuú ý lµ mét sè nguyªn. (3-6) Trong ®ã : Vin : §iÖn ¸p ngâ vµo hÖ so s¸nh. Vref(+) : §iÖn ¸p t¹i ch©n Ref(+) NÕu chän Vref(-) = 0 th× N =256. Vref(+) = Vcc = 5V th× ®Çy thang lµ 256 - Gi¸ trÞ b­íc nhá nhÊt : 1 LSB = = 0,0196 V/byte VËy víi 256 b­íc Vin = 5V *BiÓu ®å thêi gian cña ADC 0809: H×nh 21: BiÓu ®å thêi gian cña ADC 0809. * M¹ch t¹o xung clock cho ADC. Do tÇn sè xung clock cña ADC lµ tõ10kHz ÷ 1280 kHz kh«ng phï hîp ®Ó dïng chung xung clock cña xi xö lÝ. §Ó tËn dông xung clock cña vi xö lÝ ( 12MHz) ta cho xung qua bé chia 16 (dïng IC 74LS393) khi ®ã xung clock ®­a vµo ADC 0809 sÏ lµ : 12000/16 = 750 Hz. S¬ ®å m¹ch sÏ nh­ sau: H×nh 22: S¬ ®å m¹ch t¹o xung clock. b.S¬ ®å kÕt nèi ADC 0809 víi vi xö lÝ. H×nh 23: S¬ ®å m¹ch kÕt nèi ADC víi 8051. 3.2.4 ThiÕt kÕ giao tiÕp hiÓn thÞ qua LCD Trong hÖ thèng vi xö lÝ, bé hiÖn thÞ ®ãng mét vai trß rÊt quan träng: dïng ®Ó giao tiÕp víi m¸y tÝnh vµ ng­êi sö dông, cho phÐp ng­êi sö dông quan s¸t, c¶m nhËn qu¸ tr×nh lµm viÖc cña hÖ thèng. Cã rÊt nhiÒu c¸ch ®Ó hiÖn thÞ nh­ng trong ®å ¸n nµy em ®· sö dông mµn h×nh LCD 1602A- 05 v× tÊt c¶ nh÷ng tiÖn lîi cña mµn h×nh LCD ®Ó cã thÓ ®­a ra hiÖn thÞ kÕt qu¶ ®o ®­îc mét c¸ch râ rµng vµ ®Ñp nhÊt. Víi nh÷ng g× em ®· giíi thiÖu vÒ LCD ë môc trªn th× s¬ ®å LCD kÕt nèi víi VXL ®­îc tr×nh bµy trong h×nh sau: H×nh 24: S¬ ®å m¹ch giao tiÕp víi LCD. - BiÕn trë 10K ®­îc m¾c vµo ®Ó ®iÒu chØnh ®é nÐt, s¸ng tèi cña mµn h×nh. - C¸c ch©n d÷ liÖu ®­îc nèi víi cæng P2 cña VXL 3.2.5 ThiÕt kÕ m¹ch giao tiÕp phÝm Ên. PhÝm Ên lµ mét thiÕt bÞ ngo¹i vi rÊt th«ng dông trong c¸c hÖ thèng vi xö lÝ, dïng ®Ó giao tiÕp gi÷a ng­êi vµ m¸y, ng­êi sö dông cã thÓ ®iÒu khiÓn ch­¬ng tr×nh th«ng qua c¸c phÝm Ên. Cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p lµm bµn phÝm ®Ó giao tiÕp gi÷a ng­êi vµ m¸y.Nh­ng ë ®©y do cÊu tróc phÇn cøng ®¬n gi¶n chØ sö dông Ýt phÝm Ên nªn ë ®©y em thùc hiÖn viÖc ghÐp nèi c¸c phÝm Ên trùc tiÕp vµo c¸c cæng cña VXL. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña c¸c phÝm Ên hoµn toµn ®¬n gi¶n. Mét ®Çu cña phÝm Ên ®­îc nèi víi mét trong c¸c cæng cña V§K cßn ch©n cßn l¹i ta nèi víi GND. Khi cã mét phÝm Ên ®­îc Ên th× cæng vµo cña ch©n V§K ®­îc nèi víi GND vµ cã møc tÝn hiÖu logic 0, cßn khi kh«ng cã phÝm nµo Ên th× c¸c ch©n cña V§K sÏ ®­îc gi÷ nguyªn ë møc logic 1. ViÖc kiÓm tra tÝn hiÖu c¸c ch©n cña V§K sÏ gióp ta cã mét hÖ thèng c¸c phÝm Ên ®¬n gi¶n vµ ho¹t ®éng hiÖu qu¶. *S¬ ®å m¹ch kÕt nèi phÝm Ên: H×nh 25: S¬ ®å m¹ch giao tiÕp phÝm Ên. 3.2.6 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn t¶i. Cã nhiÒu c¸ch ®Ó ®iÒu khiÓn vµ khèng chÕ nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ nh­ dïng relay, ®iÒu khiÓn b»ng Thysistor, Triac…Nh­ng trong ®Ò tµi nµy em sö dông ®iÒu khiÓn t¶i th«ng qua relay. Ta nèi thiÕt bÞ qua tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng cña relay, khi nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ thÊp h¬n nhiÖt ®é yªu cÇu th× kh«ng t¸c ®éng vµ relay vµ relay kh«ng ho¹t ®éng, do vËy vÉn cã dßng qua thiÕt bÞ (v× tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng c¶u relay vÉn cßn ®ãng). Khi nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ cao h¬n nhiÖt ®é yªu cÇu th× sÏ t¸c ®éng vµo relay vµ relay ho¹t ®éng, tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng cña relay hë ra vµ do vËy sÏ mÊt dßng qua thiÕt bÞ vµ lµm gi¶m nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ. Khi nhiÖt ®é cña thiÕt bÞ gi¶m ®Õn møc nhá h¬n nhiÖt ®é yªu cÇu th× l¹i kh«ng t¸c ®éng vµo relay vµ relay kh«ng ho¹t ®éng, lóc nµy sÏ cã dßng qua thiÕt bÞ vµ qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn cø nh­ vËy ®­îc lÆp ®i lÆp l¹i. Ta sö dông ph­¬ng ph¸p giao tiÕp b»ng relay v× t¶i sö dông trùc tiÕp nguån 220V. Relay lµ lo¹i ph­¬ng tiÖn ®Ó c¸ch li m¹ng logic khái m¹ng c«ng suÊt ho¹t ®éng víi ®iÖn ¸p xoay chiÒu. * S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn t¶i: H×nh 26: S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn t¶i. Do tÝnh chÊt cña m¹ch th× relay ®ãng c¾t rÊt nhiÒu lÇn. Víi dßng ®iÖn lín vµ ®ãng c¾t nhiÒu lÇn sÏ lµm gi¶m tuæi thä cña relay.V× lÝ do ®ã mµ em thiÕt kÕ m¹ch nµy. Víi viÖc th«ng qua ®iÒu khiÓn 1 relay trung gian cã ®iÖn ¸p nhá h¬n sÏ lµm t¨ng tuæi thä cña relay ®¶m b¶o relay ho¹t ®éng tèt. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn relay ®­îc lÊy tõ V§K. Do khi míi cÊp nguån vi ®iÒu khiÓn ®­îc reset, ngâ ra cña c¸c port ®­îc ®­a lªn cao. V× vËy ®Ó khi míi cÊp nguån ®Ó t¶i kh«ng ho¹t ®éng ta nèi ngâ ra cña vi ®iÒu khiÓn víi ch©n B cña transistor cã t¸c dông nh­ mét cæng ®¶o tr­íc khi qua m¹ch c«ng suÊt. Diode 1N4007 cã nhiÖm vô b¶o vÖ mèi nèi CE cña transistor. 3.3.ThuËt to¸n ®iÒu khiÓn 3.3.1 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh chÝnh. 3.3.2 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh chän kªnh ®o. 3.3.3 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh chuyÓn ®æi ADC. 3.3.4 L­u ®å thuËt to¸n cho ch­¬ng tr×nh ®Æt nhiÖt ®é. 3.3.5 L­u ®å thuËt to¸n ®iÒu khiÓn t¶i. H×nh 27: C¶m biÕn PT100 H×nh 28: M« h×nh ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é (chÕ ®é ng¾t t¶i) H×nh 29: M« h×nh ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é (chÕ ®é ®ãng t¶i) H×nh 30: M¹ch khèng chÕ nhiÖt ®é. KÕt luËn. Sau gÇn 3 th¸ng thùc hiÖn víi nhiÒu cè g¾ng vµ nç lùc cña b¶n th©n cïng víi sù tËn t×nh h­íng dÉn cña thÇy Vò Ngäc Minh, tËp ®å ¸n nµy ®· hoµn thµnh ®óng thêi gian theo yªu cÇu ®Æt ra lµ: ‘ Nghiªn cøu thiÕt bÞ c¶m biÕn nhiÖt. ThiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lß nhiÖt c«ng suÊt nhá’. §Ó thùc hiÖn ®­îc yªu cÇu trªn em ®· nghiªn cøu, t×m hiÓu nh÷ng vÊn ®Ò vÒ vi ®iÒu khiÓn, vi xö lÝ, c¸c c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é còng nh­ c¸c ph­¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é, c¸c ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi t­¬ng tù sang sè vµ c¸c vÊn ®Ò kh¸c cã liªn quan ®Õ ®Ò tµi. Néi dung chÝnh cña ®Ò tµi nµy bao gåm nh÷ng vÊn ®Ò sau: * PhÇn kiÕn thøc. - Kh¶o s¸t bé vi ®iÒu khiÓn 89C51. - Kh¶o s¸t c¸c ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi tõ t­¬ng tù sang sè. - C¸c c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é - C¸c giao tiÕp víi mµn h×nh LCD * PhÇn thiÕt kÕ –thi c«ng. - X©y dùng s¬ ®å khèi m¹ch ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é. - TÝnh to¸n thiÕt kÕ tõng khèi. - X©y dùng l­u ®å thuËt gi¶i. - ViÕt ch­¬ng tr×nh. - Thi c«ng l¾p r¸p vµ kiÓm tra. Trªn ®©y lµ nh÷ng néi dung mµ em ®· thùc hiÖn ®­îc trong tËp ®å ¸n nµy. Theo nhËn ®Þnh chñ quan cña em th× tËp ®å ¸n nµy ®· tr×nh bµy t­¬ng ®èi ®Çy ®ñ c¸c néi dung, nh÷ng kiÕn thøc liªn quan, gi¶i quyÕt ®­îc nh÷ng yªu cÇu ®Æt ra. Tuy nhiªn do thêi gian còng nh­ tr×nh ®é chuyªn m«n cã h¹n nªn kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Mong r»ng ®Ò tµi nµy sÏ ®­îc c¸c b¹n sinh viªn kho¸ sau tiÕp tôc thùc hiÖn vµ kh¾c phôc nh÷ng h¹n chÕ cña ®Ò tµi nµy, ®Ó t¹o ra mét s¶n phÈm cã chÊt l­îng cao phôc vô cho s¶n xuÊt vµ ®êi sèng x· héi. Sau cïng mét lÇn n÷a em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy Vò Ngäc Minh cïng quý thÇy c« khoa ®iÖn ®· tËn t×nh h­íng dÉn vµ dÉn d¾t em trong suèt nh÷ng n¨m häc võa qua. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n gia ®×nh vµ c¸c b¹n sinh viªn ®· ®éng viªn, ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn quý b¸u ®Ó ®Ò tµi nµy hoµn thµnh tèt ®Ñp. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Tµi liÖu tham kh¶o. [1].Tèng V¨n On, Hoµng §øc H¶i (2001) – Hä vi ®iÒu khiÓn 8051 – NXB Lao ®éng – X· héi [2].Ng« Diªn TËp (2000) - §o l­êng vµ ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh – NXB Khoa häc –KÜ thuËt [3].NguyÔn H÷u Ph­¬ng (2003) – Gi¸o tr×nh vi m¹ch sè – Tr­êng §H Khoa häc Tù nhiªn TP HCM [4].D­¬ng Minh TrÝ (1997) – S¬ ®å ch©n linh kiÖn b¸n dÉn – NXB Khoa häc – KÜ thuËt. [5].NguyÔn Ngäc T©n (1995) – KÜ thuËt ®o – Tr­êng §H KÜ thuËt TP HCM [6].NguyÔn §×nh Phó, NguyÔn ThÞ Quúnh Nga (2002) – Tµi liÖu thùc hµnh vi ®iÒu khiÓn 8951,8952 – Tr­êng §H S­ ph¹m HCM.