Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1. Họ và tên sinh viên:...........................................................MSSV:................... 2. Tên đề tài:........................................................................................................... 3. Tổng quát về thuyết minh:................................................................................ Số trang:............................số chương.......................số sản phẩm:.................. Số hình ảnh:......................số bảng số liệu:..............số TLTK:....................... 4. Những nội dung chính đã thực hiện được so với yêu cầu của nhiệm vụ đề ra: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5. Những ưu điểm chính ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 6. Những điểm hạn chế cần khắc phục: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 7. Đánh giá chung: ................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................... GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Huỳnh Công Khanh 1
3. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1. Họ và tên sinh viên:...........................................................MSSV:................... 2. Tên đề tài:........................................................................................................... 3. Tổng quát về thuyết minh:................................................................................ Số trang:............................số chương.......................số sản phẩm:.................. Số hình ảnh:......................số bảng số liệu:..............số TLTK:....................... 4. Những nội dung chính đã thực hiện được so với yêu cầu của nhiệm vụ đề ra: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5. Những ưu điểm chính ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 6. Những điểm hạn chế cần khắc phục: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 7. Câu hỏi phản biện: 1/.............................................................................................................................. 2............................................................................................................................... Điểm đánh giá:…… / 10 Đồng ý cho bảo vệ Không đồng ý cho bảo vệ GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Huỳnh Công Khanh 2
4. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế. Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là: bộ phận cảm biến và bộ phận đếm. Bộ phận cảm biến: bộ cảm biến phát và bộ cảm biến thu. Thông thường người ta sử dụng phần phát là LED hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại. Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó là: - Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại - Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lý - Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển SVTH: Huỳnh Công Khanh 3
5. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI MỤC LỤC Trang Lời nói đầu.....................................................................................................................3 Mục lục..........................................................................................................................4 Danh mục hình...............................................................................................................6 Danh mục bảng biểu......................................................................................................7 Lời cảm ơn.....................................................................................................................8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...................................................................9 1.1 Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài.................................................................................9 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài....10 1.3 Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................10 1.4 Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................10 1.5 Đối tượng – phạm vi nghiên cứu.........................................................................10 1.6 Phương pháp nguyên cứu....................................................................................11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................12 2.1 Nội dung nghiên cứu...........................................................................................12 2.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051.............................................................12 2.1.2 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89S52.................................................12 2.1.3 LED 7 đoạn Anode chung............................................................................17 2.1.4 Giới thiệu về tụ điện.....................................................................................23 2.1.5 Giới thiệu về Transistor................................................................................23 2.1.6 Giới thiệu về điện trở...................................................................................24 2.1.7 Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại...............................................................24 2.1.8 IC ổn áp LM7805.........................................................................................26 2.1.9 Vi điều khiển AT89S52................................................................................26 2.1.10 Op-Amp LM324.........................................................................................27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG...............................................................30 3.1 Nguyên lý hoạt động...........................................................................................30 3.1.1 Sơ đồ các Module thiết kế mach...................................................................31 SVTH: Huỳnh Công Khanh 4
6. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 3.1.2 Các Module thiết kế......................................................................................31 3.2 Phần mềm Orcad và phần mềm lập trình Keil C.................................................34 3.2.1 Phần mềm Orcad...........................................................................................34 3.2.2 Phần mềm lập trình - Keil C.........................................................................34 3.3 Thi công mạch....................................................................................................35 3.4 Lưu đồ giải thuật.................................................................................................36 3.5 Chương trình.......................................................................................................36 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM................................................................................38 4.1. Sơ đồ nguyên lý mạch dùng phần mềm Proteus..................................................38 4.2 Kết quả thực hiện đếm sản phẩm trên mạch thực tế.............................................38 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...........................40 5.1 Kết luận .................................................................................................................40 5.2 Kiến nghị - hướng phát triển..................................................................................40 PHỤC LỤC..................................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................42 SVTH: Huỳnh Công Khanh 5
7. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52..............................................................12 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển AT89S52.........................................................16 Hình 2.3: Hình dạng và cấu tạo của LED 7 đoạn Anode chung...................................17 Hình 2.4: Hình dạng LED 7 đoạn................................................................................18 Hình 2.5: Phương pháp chốt dùng IC giao tiếp LED 7 đoạn........................................20 Hình 2.6: Phương pháp quét LED 7 đoạn....................................................................21 Hình 2.7: Phương pháp quét LED 7 đoạn....................................................................21 Hình 2.8: Phương pháp quét LED 7 đoạn....................................................................22 Hình 2.9: Phối hợp 2 phương pháp..............................................................................22 Hình 2.10: Hình dáng các loại tụ điện gốm-tụ hóa.......................................................23 Hình 2.11: Ký hiệu và cấu tạo Transistor.....................................................................23 Hình 2.12: Ký hiệu và hình dáng điện trở....................................................................24 Hình 2.13: Máy đếm tiền.............................................................................................24 Hình 2.14: Mắt thu và mắt phát hồng ngoại.................................................................25 Hình 2.15: IC ổn áp LM7805.......................................................................................26 Hình 2.16: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đói xứng...............................................27 Hình 2.17: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đơn.......................................................28 Hình 2.18: Hình dáng và sơ đồ chân Op-Amp LM324................................................28 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch..................................................................................30 Hình 3.2: Sơ đồ các Module mạch thiết kế..................................................................31 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5VDC............................................................31 Hình 3.4: Sơ đồ mạch khối tạo xung vuông.................................................................32 Hình 3.5: Sơ đồ mạch khối vi điều khiển và hiển thị...................................................34 Hình 3.6: Lớp TOP mạch in Layout.............................................................................35 Hình 3.7: Mạch hoàn thành..........................................................................................35 Hình 3.8: Lưu đồ giải thuật đếm sản phẩm từ 0-99......................................................36 Hình 4.1: Sơ đồ đếm sản phẩm dùng phần mềm Protues.............................................38 SVTH: Huỳnh Công Khanh 6
8. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Hình 4.2: Kết quả thử nghiệm đếm sản phẩm trên mạch thực tế..................................38 SVTH: Huỳnh Công Khanh 7
9. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các chức năng đặc biệt của port 3 14 Bảng 2.2: Nội dung các thanh ghi sau khi vi điều khiển bị reset 15 Bảng 2.3: Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung 17 SVTH: Huỳnh Công Khanh 8
10. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LỜI CẢM ƠN Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này không thể không kể đến những sự hỗ trợ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Trước tiên em xin bày tỏ lòng Thank sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn Th.s Phan Tròn – thầy trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho em. Sự giúp đỡ ủng hộ đó chính là nguồn động lực to lớn giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Huỳnh Công Khanh 9
11. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài Trong kỷ nguyên công nghệ hiện nay, sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm ra đời dựa vào công nghệ chế tạo vi mạch và lập trình nhúng cho vi điều khiển. Vi điều khiển tích hợp nhỏ gọn, giá thành thấp, tính linh động cao, tiết kiệm nguồn năng lượng. Hiện nay, ở Việt Nam và thế giới có rất nhiều loại mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đã được thiết kế thi công giúp con người giảm chi phí nhân công, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Mô hình đếm sản phẩm tự động, giúp bớt được nhiều sức lao động và thời gian, giúp tăng hiệu suất lao động, đồng thời đảm bảo độ chính xác. Ngày nay, các vi điều khiển đã có một bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả năng xử lý mạnh, tiêu thụ năng lượng ít và giá thành thấp. Khi được nạp phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ hoạt động độc lập theo ứng công cụ thể. Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Nên chúng em quyết định thiết kế mô hình mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế. Để làm được mô hình mạch này cần thiết kế được năm phần chính là: module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LED 7 đoạn, module nguồn cung cấp, module băng truyền SVTH: Huỳnh Công Khanh 10
12. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI và module vi điều khiển AT89S52. Từ những ý tưởng thiết kế trên, nhóm chúng em chọn đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI” với mong muốn đề tài có thể ứng dụng tốt trong cuộc sống thực tế. Chính vì thế ý tưởng tìm hiểu và nghiên cứu mô hình đếm sản phẩm ra đời nhằm để: • Ứng dụng thực tiễn được những kiến thức đã học ở trường. • Tìm hiểu cách thức hoạt động của các module trong mô hình đếm sản phẩm. • Nghiên cứu phát triển đưa vào thực tế. • Phát triển thêm những kiến thức còn hạn hẹp của bản thân. 1.2Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài Hiện nay, trong và ngoài nước đã phát triển và thương mại hóa các mô hình đếm sản phẩm, máy đếm tiền, máy đếm số lượng xe ra vào cung cấp cho doanh nghiệp có nguyên dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn. 1.3Tính cấp thiết của đề tài Tính khoa học: Hiện tại các mô hình đếm sản đã được thương mại hóa ra thị trường ưa chuộng. Nhóm chúng em tìm hiểu và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng module mô hình mạch đếm sản phẩm, mô hình hóa mạch đếm sản phẩm và đi đến khắc phục một số lỗi còn mắc phải. Từ đó phát triển mô hình mạch đếm sản phẩm, thương mại hóa mô hình mạch đếm sản phẩm và ứng dụng mô hình trong thực tế . Tính kinh tế: Mô hình mạch đếm sản phẩm giúp doang nghiệp, cơ quan xí nghiệp giảm chi phí nhân công, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. 1.4Mục tiêu nghiên cứu - Tối ưu hóa mô hình mạch đếm sản phẩm độ chính xác cao. - Giảm chi phí công nhân cho doanh nghiệp, mô hình mạch đếm sản phẩm hoàn toàn tự động hóa, quản lý, cung cấp thông tin theo yêu cầu. - Nâng cao kiến thức bản thân. - Thực nghiệm các kiến thức đã học được ở trường. 1.5 Đối tượng – phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mạch đếm sản phẩm gồm các module nguồn, SVTH: Huỳnh Công Khanh 11
13. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LED 7 đoạn, module xử lý vi điều khiển AT89S52, module băng truyền. - Phạm vi nghiên cứu: Đếm số lượng sản phẩm đi qua băng truyền và hiển thị số sản phẩm LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt. 1.6 Phương pháp nguyên cứu - Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết của đề tài. - Đọc hiểu một số tài liệu liên quan đến đề tài. - Thảo luận nhóm để thống nhất ý kiến. - Thiết kế mô hình phần cứng. - Thiết kế phần mềm. - Tham khảo ý kiến chuyên gia. - Thực nghiệm và kiểm chứng đối tượng. - Báo cáo và nghiệm thu đề tài. SVTH: Huỳnh Công Khanh 12
14. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051 Vi điều khiển là một IC lập trình, vì vậy Vi điều khiển cần được lập trình trước khi sử dụng. Mỗi phần cứng nhất định phải có chương trình phù hợp kèm theo, do đó trước khi viết chương trình đòi hỏi người viết phải nắm bắt được cấu tạo phần cứng và các yêu cầu mạch điện cần thực hiện. 2.1.2 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89S52 - Interrupt Control: Tín hiệu điều khiển ngắt. - CPU (Control processor Unit): Đơn vị xử lý trung tâm. - Xtal: Mạch tạo dao động nội kết hợp với tụ thạch anh bên ngoài để tạo dao động. - Bus Control: Các đường tín hiệu điều khiển. - Other Register: Các thanh ghi khác (thanh ghi vùng Ram đa dụng và thanh ghi đặc biệt). - I/O port: 4 port xuất nhập (P0, P1, P2, P3). - Timer/Counter: Các bộ định thời/bộ đếm. - Serial Port: Port nối tiếp truyền nhận UART. - RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu dữ liệu 256byte. - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc dạng FLASH ROM được tích hợp dùng để lưu chương trình 8 Kbyte SVTH: Huỳnh Công Khanh 13
15. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52 • Chức năng hoạt động các port Port0: - Chức năng port0 được dùng làm các đường điều khiển I/O (Input- Output). - Bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7 ÷ AD0. Port1: - Có chức năng là các đường điều khiển I/O - Chân P1.0 và P1.1 phục vụ cho Timer T2. - Chân P1.5, P1.6, P1.7 có chức năng nạp dữ liệu nối tiếp cho bộ nhớ chương trình nằm bên trong vi điều khiển. Port2: - Chức năng port2 được dùng làm các đường điều khiển I/O. - Bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8÷A15. Port3: - Có chức năng là các đường điều khiển I/O. - Các chức năng khác của port3 Bảng 2.1: Các chức năng đặc biệt của port 3 Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào nhận dữ liệu UART P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu UART P3.2 0INT Ngõ vào ngắt ngoài thứ 0 P3.3 1INT Ngõ vào ngắt ngoài thứ 1 P3.4 0T Ngõ vào nhận xung đếm Timer/Counter 0 SVTH: Huỳnh Công Khanh 14
16. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI P3.5 1T Ngõ vào nhận xung đếm Timer/Counter 1 P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu • Các ngõ tín hiệu điều khiển Ngõ tín hiệu P ENS (Program store enable) P ENS là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng, thường được nối đến chân OE (output enable hay RD ) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh. P ENS ở mức thấp trong thời gian AT8S952 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong AT89S52 để giải mã lệnh. Khi AT89S52 thi hành chương trình trong ROM nội P ENS sẽ ở mức logic 1. Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) Khi AT89S52 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1 6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong AT89S52. Ngõ tín hiệu EA (External Access) Tín hiệu vào EA ở chân 31 nối nguồn 5 VDC (mức 1) hay nối GND (mức 0). Nếu EA = 1, AT89S52 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4 Kbyte. Nếu EA = 0, AT89S52 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA được lấy làm chân cấp nguồn ppV khi nạp chương trình cho FLASH ROM trong AT89S52. SVTH: Huỳnh Công Khanh 15
17. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Ngõ tín hiệu RST (Reset) Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của AT89S52. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset Bảng 2.2: Nội dung các thanh ghi sau khi vi điều khiển bị rest Các ngõ vào bộ dao động X1, X2 Bộ dao động được tích hợp bên trong AT89S52, khi sử dụng AT89S52 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh đuợc sử dụng cho AT89S52 trong phạm vi nhỏ hơn 24Mhz, thường là 12Mhz. Các chân Vcc và GND Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V. Chân GND nối mass. SVTH: Huỳnh Công Khanh 16 Tên thanh ghi Nội dung Bộ đếm chương trình PC 0000 H Thanh ghi tích lũy A 00 H Thanh ghi B 00 H Thanh ghi trạng thái PSW 00 H Thanh ghi con trỏ SP 07 H DPTR 0000 H Port 3 – Port 0 FF H IP XXX0 0000 B IE 0X00 0000 B Các thanh ghi định thời 00 H SCON 00 H SBUF 00 H
18. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI • Cấu trúc phần cứng AT89S52 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển AT89S52 - RAM trong 8051 được phân chia như sau: - Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH. - RAM địa chỉ hoá từng bít có địa chỉ từ 20H đến 2FH. - RAM đa dụng từ 30H đến 7FH. - Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H ñến FFH 2.1.3 LED 7 đoạn Anode chung • LED 7 đoạn Anode chung 8 chân Anode của LED nối chung với nhau, đưa ra một chân tên COM (Anode). LED 7 đoạn Anode chung, chân COM mức logic 1(Vcc) và các chân a-f, dp mức logic SVTH: Huỳnh Công Khanh 17
19. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 0(0 V) LED 7 đoạn sáng. Hình 2.3: Hình dạng và cấu tạo của LED 7 đoạn Anode chung Bảng 2.3: Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung Decimal Binary Hexadecimal dp g f e d c b a 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0xC0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0xF9 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0xA4 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0xB0 4 1 0 0 1 1 0 0 1 0x99 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0x92 6 1 0 0 0 0 0 1 0 0x82 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0xF8 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0x80 9 1 0 0 1 0 0 0 0 0x90 10 1 0 0 0 1 0 0 0 0x88 11 1 0 0 0 0 0 1 1 0x83 12 1 1 0 0 0 1 1 0 0xC6 13 1 0 1 0 0 0 0 1 0xA1 14 1 0 0 0 0 1 1 0 0x86 15 1 0 0 0 1 1 1 0 0x8E Vì LED 7 đoạn chứa bên trong nó các LED đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi LED đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ LED. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. SVTH: Huỳnh Công Khanh 18
20. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Hình 2.4: Hình dạng LED 7 đoạn Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua LED nếu LED 7 đoạn được nối với nguồn 5V. Chân nhận tín hiệu a điều khiển LED a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển LED b. Tương tự với các chân và các led còn lại. • Giao tiếp vi điều khiển với nhiều LED 7 đoạn Nếu kết nối Port của Vi điều khiển với 1 LED 7 đoạn thì tối đa kết nối được 4 LED 7 đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác của Vi điều khiển. Cho nên cần kết nối, điều khiển nhiều LED 7 đoạn với số lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt. Có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị LED 7 đoạn, hai là kết nối nhiều LED 7 đoạn vào cùng một đường xuất tín hiệu hiển thị. Phần này sẽ đề cập đến cách kết nối nhiều LED 7 đoạn theo giải pháp thứ 2. Mắt người có đặc điểm sinh lí là chỉ thu nhận 24 hình/giây để tổng hợp các hình ảnh về thế giới xung quanh. Nếu một tín hiệu ánh sáng có chu kì sáng tắt hơn 24 lần trong 1 giây, mắt người luôn cảm nhận đó là một nguồn sáng liên tục. Để minh họa cho điều này, bạn hãy lấy các chương trình đã thực hiện với led đơn và làm ngắn thời gian delay lại, đến một giá trị nào đó bạn sẽ thấy các led đều sáng liên tục. Để kết nối nhiều LED 7 đoạn vào vi điều khiển thực hiện như sau: nối tất cả các chân nhận tín hiệu của tất cả các LED 7 đoạn (chân abcdefgh) cần sử dụng vào cùng 1 Port, trong ví dụ, 8 led 7 đoạn có các chân nhận tín hiệu cùng được được nối với P0. Dùng các ngõ ra còn lại của Vi điều khiển điều khiển ON/OFF cho LED 7 đoạn, mỗi ngõ ra điều khiển ON/OFF cho 1 led 7 đoạn,(ON: LED 7 đoạn được cấp nguồn để hiển thị, OFF: LED 7 đoạn bị ngắt nguồn nên không hiển thị được). • Phương pháp hiển thị LED 7 đoạn Có hai cách chính để đưa thông tin lên LED 7 đoạn: Chốt và quét. Tuy nhiên phương pháp kết hợp cả chốt và quét là tối ưu nhất và được dùng nhiều hiện nay, đặc biệt là trong các mạch hiển thị bảng báo tỉ giá. Phương pháp chốt: SVTH: Huỳnh Công Khanh 19
21. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Vẫn chia sẻ bus dữ liệu cho tất cả các LED như phương pháp quét, đồng thời các LED đều có chân A chung nối sẵn lên nguồn (lúc nào cũng sẵn sàng hiển thị). Mỗi LED 7 đoạn kết hợp với 1 IC chốt, vi xử lý điều khiển chốt dữ liệu cho chính xác. Dữ liệu cho từng LED sẽ lần lượt đưa lên Bus, ứng với dữ liệu của LED nào thì IC chốt của LED đó sẽ chốt dữ liệu lại, động tác này do vi điều khiển thực hiện. Sau một lượt dữ liệu sẽ xuất hiện đầy đủ trên tất cả các LED 7 đoạn, kể từ đó vi điều khiển không cần mất công hiển thị nữa, các LED sẽ sáng liên tục chứ không như phương pháp quét. Như vậy hình ảnh của phương pháp chốt sáng hơn và không nhấp nháy. Hạn chế của phương pháp này là tốn nhiều IC chốt, mạch điều khiển chốt phức tạp (có thể dùng IC giải mã 74138, 74154 như phương pháp quét) Một mô phỏng chốt 4 led như sau: Hình 2.5: Phương pháp chốt dùng IC giao tiếp LED 7 đoạn Phương pháp quét LED: Dựa trên độ lưu ảnh của mắt, một hình ảnh mắt ta thấy nhưng phải mất 40ms mới xử lý xong (cỡ 24-25 hình trong 1 giây), do đó nếu các hình xuất hiện trước mắt ta mà chớp tắt nhanh hơn 25 hình/ giây thì ta không thấy nó chớp nữa, có thể hiểu như mắt ta bị thừa thông tin. Như vậy nếu bằng cách nào đó ta cho một con LED đơn chớp tắt thật nhanh (trên 25 Hz, nhanh hơn nữa càng tốt, vài trăm Hz, thậm chí vài KHz càng tốt miễn là con LED có thể chớp tần số đó) ta sẽ thấy con LED sáng luôn, mà thực chất là nó đang sáng_ tắt_sáng_tắt… rất nhanh. Bây giờ ta điều khiển một LED 7 đoạn (loại Anode chung), cho chân chung lên nguồn, điều khiển sáng tắt nhanh cho hai thanh b,c của nó (5 thanh còn lại nhớ tắt) ta thấy nó sáng lên số 1, thực chất là đang chớp số 1. SVTH: Huỳnh Công Khanh 20
22. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Bằng cách cho luân phiên nhiều led hiển thị thông tin khác nhau ta có cảm giác nhiều LED 7 đoạn đang sáng đồng thời, với cách này ta chỉ cần một bus dữ liệu nối song song cho tất cả các LED (gồm 7 dây a,b,c,d,e,f,g) mỗi LED được điều khiển bằng một tín hiệu khác sao cho tại một thời điểm chỉ có duy nhất một LED 7 đoạn được phép hiển thị và lúc này bus cũng đang truyền dữ liệu ứng với LED này. Nếu có quá nhiều led bảy đoạn ta phải kết hợp thêm các IC giải mã chọn kênh như 74138, 74154… Đôi khi để đơn giản trong lập trình người ta không dùng vi điều khiển, điều khiển trực tiếp cho LED 7 đoạn mà dùng thêm IC giải mã từ BCD sang 7 đoạn (loại A chung) là 74247 cũng rất tốt. (Lúc này chỉ cần dùng 4 chân của vi xử lý để đưa mã BCD cho IC 74247 thay vì dùng 7 chân để cấp tín hiệu a,b,c,d,e,f,g cho LED 7 đoạn ). Xem các hình dưới, nếu cho các LED luân phiên sáng tắt, thời gian mỗi LED khá lâu (lâu hơn thời gian lưu ảnh của mắt) ta sẽ thấy từng led một sáng như sau: Hình 2.6: Phương pháp quét LED 7 đoạn Nếu tăng tần số quét (giảm thời gian dành cho mỗi LED) ta sẽ thấy kết quả 4 LED cùng sáng như sau: Hình 2.7: Phương pháp quét LED 7 đoạn Phương pháp này tiện dụng ở phần cứng lẫn phần mềm, tuy nhiên nếu số lượng LED quá nhiều thì thời gian sáng trung bình dành cho mỗi LED là T lại giảm đi (T =1/n với là số LED 7 đoạn, số đối tượng được quét). Điều này kéo theo các LED sẽ suy giảm độ sáng. Mặt khác phải tích hợp thêm IC giải mã, nhiều việc phát sinh cho thiết kế mạch lẫn lập trình. Tóm lại, phương pháp này ứng dụng cho các hiển thị thông tin ít, cỡ 20 SVTH: Huỳnh Công Khanh 21
23. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LED 7 đoạn trở xuống thì tuyệt vời nhưng thông tin nhiều như bảng tỉ giá ngoại tệ cần vài trăm LED thì không ổn Hình 2.8: Phương pháp quét LED 7 đoạn Phương pháp phối hợp: Đơn giản nhất là dùng IC ghi dịch 74595 hay 4094. IC ghi dịch thực chất là các D- Flip Flop mắc nối tiếp với nhau, các IC ghi dịch có thêm một tầng công suất ra. Dữ liệu đưa vào IC ghi dịch theo kiểu nối tiếp, khi xuất ra có hai kiểu vừa nối tiếp, vừa song song. Đối với LED 7 đoạn thì kiểu ghi dịch không cần đến động tác quét, dữ liệu cứ đưa ra tuần tự và chốt lại là xong. Vi xử lý chỉ cần 3 chân (1 cho dữ liệu nối tiếp serial data, 1 cho xung nhịp clock và 1 để điều khiển xuất + chốt dữ liệu ra song song strobe) Hình 2.9: Phối hợp 2 phương pháp Sử dụng IC tương đối phức tạp, có các bước thực hiện như sau: Chuẩn bị byte cần dịch ra. Cho chân strobe về 0. Đưa bit đầu tiên ra chân serial data SVTH: Huỳnh Công Khanh 22
24. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Tạo một sườn lên trên chân clock Cứ thế cho đến khi hết byte thì tiếp tục byte khác. Sau khi đã đưa hết các byte ra ngoài ta tạo một sườn lên trên chân strobe để xuất và chốt dữ liệu trong 74595 ra ngoài song song. Lặp lại quá trình trên cho lần xuất dữ liệu mới tiếp theo. 2.1.4 Giới thiệu về tụ điện - Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện. Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua. - Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực. - Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai. Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa... Hình 2.10: Hình dáng các loại tụ điện gốm- tụ hóa 2.1.5 Giới thiệu về transistor Hình 2.11: Ký hiệu và cấu tạo Transistor Transistor cấu tạo bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau. Nếu vùng giữa là N ta SVTH: Huỳnh Công Khanh 23
25. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN. 2.1.6 Giới thiệu về điện trở - Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện. - Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn. Để biểu thị giá trị điện trở. Người ta dùng các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở. Hình 2.12: Ký hiệu và hình dáng điện trở Ứng dụng máy đếm tiền, máy đếm số xe vào ra Hình 2.13: Máy đếm tiền 2.1.7 Gới thiệu cảm biến hồng ngoại Khái niệm về tia hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng λ = 0.80µm → 0.94µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thu, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng. Do đó khi thu phải đúng hướng. Ứng dụng của tia hồng ngoại trong điện tử Hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi vì dễ tạo ra và không chịu các ảnh hưởng điện từ. Vì vậy, được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực liên lạc và điều khiển. Tuy nhiên, nó SVTH: Huỳnh Công Khanh 24
26. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI chưa thật sự là một giải pháp hoàn hảo cho thông tin liên lạc vì bị ảnh hưởng bởi những nguồn phát tia hồng ngoại khác như: ánh sáng mặt trời, những vật bức xạ nhiệt. Truyền và thu tín hiệu hồng ngoại Để thuận lợi cho việc ứng dụng tia hồng ngoại trong lĩnh vực liên lạc và điều khiển, tránh các tín hiệu nhiễu, ta phải mã hóa tín hiệu hồng ngoại khi phát để chỉ ra cho phía thu đâu là tín hiệu cần thu, đâu là nhiễu môi trường xung quanh. Để mã hóa tín hiệu hồng ngoại, thông thường người ta sẽ chèn thêm tín hiệu xung vuông tần số từ 30 – 60kHz vào tín hiệu hồng ngoại, sử dụng phổ biến nhất khoảng 36kHz. Khi đó, Module thu chỉ tiếp nhận các tần số trong khoảng này và lọc bỏ các tần số khác. Sau đó đua vào giải mã để có được tín hiệu mong muốn. Giao tiếp giữa mắt phát và mắt thu hồng ngoại Hình 2.14: Mắt thu và mắt phát hồng ngoại Khi ta cấp 1 xung vuông có tần số 36kHz tương ứng mức “1” tại mắt phát thì khi đó mắt thu sẽ xuống mức “0” (nhận được tín hiệu hồng ngoại truyền đến). Và khi ta cấp mức điện áp 0V tương ứng với mức “0” tại mắt phát thì mắt thu sẽ có mức “1” tương ứng với điện áp +Vcc. Vậy tín hiệu nhận được tại mắt thu sẽ bị đảo lại so với tín hiệu được truyền bên mắt phát. 2.1.8 IC ổn áp LM7805 Điện áp đầu vào (Input): 9VDC Điện áp đầu ra (Output): 5 VDC SVTH: Huỳnh Công Khanh 25
27. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Chân số 1 là chân ngõ vào (Input), chân số 2 là chân mass (GND), chân số 3 là chân ngõ ra (Output). Ngõ ra output luôn ổn định ở 5VDC dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Hình 2.15: IC ổn áp LM7805 2.1.9 Vi điều khiển AT98S52 Interrupt Control: Tín hiệu điều khiển ngắt. CPU (Control processor Unit): Đơn vị xử lý trung tâm. Xtal: Mạch tạo dao động nội kết hợp với tụ thạch anh bên ngoài để tạo dao động. Bus Control: Các đường tín hiệu điều khiển. Other Register: Các thanh ghi khác (thanh ghi vùng Ram đa dụng và thanh ghi đặc biệt). I/O port: 4 port xuất nhập (P0, P1, P2, P3). Timer/Counter: Các bộ định thời/bộ đếm. Serial Port: Port nối tiếp truyền nhận UART. RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu dữ liệu 256byte. ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc dạng FLASH ROM được tích hợp dùng để lưu chương trình 8 Kbyte 2.1.10 Op-Amp LM324 IC khuếch đại thuật toán LM324N được tạo bởi bốn bộ khuếch đại thuật toán (OP- OAMP) độc lập được tích hợp trên một chip đơn. Điểm đặc biệt của LM324 là nó được thiết kế để hoạt động với nguồn nuôi có vùng điện áp rộng. LM324N có thể hoạt động SVTH: Huỳnh Công Khanh 26
28. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI với cả nguồn đôi. Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp. Vùng điện áp lối vào: -0.3V đến +32V Dòng cực máng nhỏ: 0.7mA Dòng offset lối vào: 30nA max Điện áp offset lối vào: 3mA max Vùng nhiệt độ hoạt động:0 đến 70 độ C • Op-Amp được cấp nguồn đối xứng: Hình 2.16: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đối xứng In+ : Ngõ vào không đảo In- : Ngõ vào đảo VOut: Ngõ ra +Vcc: Nối nguồn dương -Vcc: Nối nguồn âm • Op-Amp được cấp nguồn đơn: Hình 2.17: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đơn SVTH: Huỳnh Công Khanh 27
29. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI In+ : Ngõ vào không đảo In- : Ngõ vào đảo VOut: Ngõ ra +Vcc: Nối nguồn dương -Vcc: Nối với mass (GND) • Hình dáng và mạch tích hợp tiêu biểu Hình 2.18: Hình dáng và sơ đồ chân Op-APhần mềm LM324 • Ứng dụng: Mạch khuếch đại công suất Mạch so sánh Mạch nháy theo nhạc Mạch sạc pin cho xe đạp điện Mạch cộng tín hiệu, mạch trừ tín hiệu, mạch khuếch đại vi sai Điều khiển tự động hóa PID SVTH: Huỳnh Công Khanh 28
30. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Nguyên lý hoạt động Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua giữa hai cảm biến là cảm biến phát hồng ngoại LED_Tx, cảm biến thu hồng ngoại LED_Rx. LED_Tx phát hồng ngoại phát ra ánh sáng hồng ngoại và LED_Rx thu hồng ngoại hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. LED_Tx phát và LED_Rx thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa LED_Tx phát hồng ngoại và LED_Rx thu hồng ngoại, ánh sáng hồng ngoại bị che bởi sản phẩm đi qua LED_Rx thu sẽ hoạt động với tần số khác tần số phát hồng ngoại như thế tạo ra một xung tác động qua bộ so sánh để xác định ngõ vào nào có điện áp cao hơn hay thấp hơn, dùng biến trở để điều chỉnh điên áp mức so sánh. Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguyên lý SVTH: Huỳnh Công Khanh 29
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1. Họ và tên sinh viên:...........................................................MSSV:................... 2. Tên đề tài:........................................................................................................... 3. Tổng quát về thuyết minh:................................................................................ Số trang:............................số chương.......................số sản phẩm:.................. Số hình ảnh:......................số bảng số liệu:..............số TLTK:....................... 4. Những nội dung chính đã thực hiện được so với yêu cầu của nhiệm vụ đề ra: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5. Những ưu điểm chính ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 6. Những điểm hạn chế cần khắc phục: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 7. Đánh giá chung: ................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................... GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Huỳnh Công Khanh 1
3. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1. Họ và tên sinh viên:...........................................................MSSV:................... 2. Tên đề tài:........................................................................................................... 3. Tổng quát về thuyết minh:................................................................................ Số trang:............................số chương.......................số sản phẩm:.................. Số hình ảnh:......................số bảng số liệu:..............số TLTK:....................... 4. Những nội dung chính đã thực hiện được so với yêu cầu của nhiệm vụ đề ra: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5. Những ưu điểm chính ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 6. Những điểm hạn chế cần khắc phục: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 7. Câu hỏi phản biện: 1/.............................................................................................................................. 2............................................................................................................................... Điểm đánh giá:…… / 10 Đồng ý cho bảo vệ Không đồng ý cho bảo vệ GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Huỳnh Công Khanh 2
4. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế. Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là: bộ phận cảm biến và bộ phận đếm. Bộ phận cảm biến: bộ cảm biến phát và bộ cảm biến thu. Thông thường người ta sử dụng phần phát là LED hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại. Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó là: - Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại - Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lý - Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển SVTH: Huỳnh Công Khanh 3
5. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI MỤC LỤC Trang Lời nói đầu.....................................................................................................................3 Mục lục..........................................................................................................................4 Danh mục hình...............................................................................................................6 Danh mục bảng biểu......................................................................................................7 Lời cảm ơn.....................................................................................................................8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...................................................................9 1.1 Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài.................................................................................9 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài....10 1.3 Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................10 1.4 Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................10 1.5 Đối tượng – phạm vi nghiên cứu.........................................................................10 1.6 Phương pháp nguyên cứu....................................................................................11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................12 2.1 Nội dung nghiên cứu...........................................................................................12 2.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051.............................................................12 2.1.2 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89S52.................................................12 2.1.3 LED 7 đoạn Anode chung............................................................................17 2.1.4 Giới thiệu về tụ điện.....................................................................................23 2.1.5 Giới thiệu về Transistor................................................................................23 2.1.6 Giới thiệu về điện trở...................................................................................24 2.1.7 Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại...............................................................24 2.1.8 IC ổn áp LM7805.........................................................................................26 2.1.9 Vi điều khiển AT89S52................................................................................26 2.1.10 Op-Amp LM324.........................................................................................27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG...............................................................30 3.1 Nguyên lý hoạt động...........................................................................................30 3.1.1 Sơ đồ các Module thiết kế mach...................................................................31 SVTH: Huỳnh Công Khanh 4
6. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 3.1.2 Các Module thiết kế......................................................................................31 3.2 Phần mềm Orcad và phần mềm lập trình Keil C.................................................34 3.2.1 Phần mềm Orcad...........................................................................................34 3.2.2 Phần mềm lập trình - Keil C.........................................................................34 3.3 Thi công mạch....................................................................................................35 3.4 Lưu đồ giải thuật.................................................................................................36 3.5 Chương trình.......................................................................................................36 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM................................................................................38 4.1. Sơ đồ nguyên lý mạch dùng phần mềm Proteus..................................................38 4.2 Kết quả thực hiện đếm sản phẩm trên mạch thực tế.............................................38 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...........................40 5.1 Kết luận .................................................................................................................40 5.2 Kiến nghị - hướng phát triển..................................................................................40 PHỤC LỤC..................................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................42 SVTH: Huỳnh Công Khanh 5
7. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52..............................................................12 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển AT89S52.........................................................16 Hình 2.3: Hình dạng và cấu tạo của LED 7 đoạn Anode chung...................................17 Hình 2.4: Hình dạng LED 7 đoạn................................................................................18 Hình 2.5: Phương pháp chốt dùng IC giao tiếp LED 7 đoạn........................................20 Hình 2.6: Phương pháp quét LED 7 đoạn....................................................................21 Hình 2.7: Phương pháp quét LED 7 đoạn....................................................................21 Hình 2.8: Phương pháp quét LED 7 đoạn....................................................................22 Hình 2.9: Phối hợp 2 phương pháp..............................................................................22 Hình 2.10: Hình dáng các loại tụ điện gốm-tụ hóa.......................................................23 Hình 2.11: Ký hiệu và cấu tạo Transistor.....................................................................23 Hình 2.12: Ký hiệu và hình dáng điện trở....................................................................24 Hình 2.13: Máy đếm tiền.............................................................................................24 Hình 2.14: Mắt thu và mắt phát hồng ngoại.................................................................25 Hình 2.15: IC ổn áp LM7805.......................................................................................26 Hình 2.16: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đói xứng...............................................27 Hình 2.17: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đơn.......................................................28 Hình 2.18: Hình dáng và sơ đồ chân Op-Amp LM324................................................28 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch..................................................................................30 Hình 3.2: Sơ đồ các Module mạch thiết kế..................................................................31 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5VDC............................................................31 Hình 3.4: Sơ đồ mạch khối tạo xung vuông.................................................................32 Hình 3.5: Sơ đồ mạch khối vi điều khiển và hiển thị...................................................34 Hình 3.6: Lớp TOP mạch in Layout.............................................................................35 Hình 3.7: Mạch hoàn thành..........................................................................................35 Hình 3.8: Lưu đồ giải thuật đếm sản phẩm từ 0-99......................................................36 Hình 4.1: Sơ đồ đếm sản phẩm dùng phần mềm Protues.............................................38 SVTH: Huỳnh Công Khanh 6
8. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Hình 4.2: Kết quả thử nghiệm đếm sản phẩm trên mạch thực tế..................................38 SVTH: Huỳnh Công Khanh 7
9. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các chức năng đặc biệt của port 3 14 Bảng 2.2: Nội dung các thanh ghi sau khi vi điều khiển bị reset 15 Bảng 2.3: Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung 17 SVTH: Huỳnh Công Khanh 8
10. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LỜI CẢM ƠN Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này không thể không kể đến những sự hỗ trợ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Trước tiên em xin bày tỏ lòng Thank sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn Th.s Phan Tròn – thầy trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho em. Sự giúp đỡ ủng hộ đó chính là nguồn động lực to lớn giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này này. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Huỳnh Công Khanh 9
11. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài Trong kỷ nguyên công nghệ hiện nay, sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm ra đời dựa vào công nghệ chế tạo vi mạch và lập trình nhúng cho vi điều khiển. Vi điều khiển tích hợp nhỏ gọn, giá thành thấp, tính linh động cao, tiết kiệm nguồn năng lượng. Hiện nay, ở Việt Nam và thế giới có rất nhiều loại mô hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm đã được thiết kế thi công giúp con người giảm chi phí nhân công, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Mô hình đếm sản phẩm tự động, giúp bớt được nhiều sức lao động và thời gian, giúp tăng hiệu suất lao động, đồng thời đảm bảo độ chính xác. Ngày nay, các vi điều khiển đã có một bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả năng xử lý mạnh, tiêu thụ năng lượng ít và giá thành thấp. Khi được nạp phần mềm nhúng, các vi điều khiển này sẽ hoạt động độc lập theo ứng công cụ thể. Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Nên chúng em quyết định thiết kế mô hình mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế. Để làm được mô hình mạch này cần thiết kế được năm phần chính là: module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LED 7 đoạn, module nguồn cung cấp, module băng truyền SVTH: Huỳnh Công Khanh 10
12. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI và module vi điều khiển AT89S52. Từ những ý tưởng thiết kế trên, nhóm chúng em chọn đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI” với mong muốn đề tài có thể ứng dụng tốt trong cuộc sống thực tế. Chính vì thế ý tưởng tìm hiểu và nghiên cứu mô hình đếm sản phẩm ra đời nhằm để: • Ứng dụng thực tiễn được những kiến thức đã học ở trường. • Tìm hiểu cách thức hoạt động của các module trong mô hình đếm sản phẩm. • Nghiên cứu phát triển đưa vào thực tế. • Phát triển thêm những kiến thức còn hạn hẹp của bản thân. 1.2Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài Hiện nay, trong và ngoài nước đã phát triển và thương mại hóa các mô hình đếm sản phẩm, máy đếm tiền, máy đếm số lượng xe ra vào cung cấp cho doanh nghiệp có nguyên dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn. 1.3Tính cấp thiết của đề tài Tính khoa học: Hiện tại các mô hình đếm sản đã được thương mại hóa ra thị trường ưa chuộng. Nhóm chúng em tìm hiểu và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng module mô hình mạch đếm sản phẩm, mô hình hóa mạch đếm sản phẩm và đi đến khắc phục một số lỗi còn mắc phải. Từ đó phát triển mô hình mạch đếm sản phẩm, thương mại hóa mô hình mạch đếm sản phẩm và ứng dụng mô hình trong thực tế . Tính kinh tế: Mô hình mạch đếm sản phẩm giúp doang nghiệp, cơ quan xí nghiệp giảm chi phí nhân công, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. 1.4Mục tiêu nghiên cứu - Tối ưu hóa mô hình mạch đếm sản phẩm độ chính xác cao. - Giảm chi phí công nhân cho doanh nghiệp, mô hình mạch đếm sản phẩm hoàn toàn tự động hóa, quản lý, cung cấp thông tin theo yêu cầu. - Nâng cao kiến thức bản thân. - Thực nghiệm các kiến thức đã học được ở trường. 1.5 Đối tượng – phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mạch đếm sản phẩm gồm các module nguồn, SVTH: Huỳnh Công Khanh 11
13. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LED 7 đoạn, module xử lý vi điều khiển AT89S52, module băng truyền. - Phạm vi nghiên cứu: Đếm số lượng sản phẩm đi qua băng truyền và hiển thị số sản phẩm LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt. 1.6 Phương pháp nguyên cứu - Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết của đề tài. - Đọc hiểu một số tài liệu liên quan đến đề tài. - Thảo luận nhóm để thống nhất ý kiến. - Thiết kế mô hình phần cứng. - Thiết kế phần mềm. - Tham khảo ý kiến chuyên gia. - Thực nghiệm và kiểm chứng đối tượng. - Báo cáo và nghiệm thu đề tài. SVTH: Huỳnh Công Khanh 12
14. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051 Vi điều khiển là một IC lập trình, vì vậy Vi điều khiển cần được lập trình trước khi sử dụng. Mỗi phần cứng nhất định phải có chương trình phù hợp kèm theo, do đó trước khi viết chương trình đòi hỏi người viết phải nắm bắt được cấu tạo phần cứng và các yêu cầu mạch điện cần thực hiện. 2.1.2 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89S52 - Interrupt Control: Tín hiệu điều khiển ngắt. - CPU (Control processor Unit): Đơn vị xử lý trung tâm. - Xtal: Mạch tạo dao động nội kết hợp với tụ thạch anh bên ngoài để tạo dao động. - Bus Control: Các đường tín hiệu điều khiển. - Other Register: Các thanh ghi khác (thanh ghi vùng Ram đa dụng và thanh ghi đặc biệt). - I/O port: 4 port xuất nhập (P0, P1, P2, P3). - Timer/Counter: Các bộ định thời/bộ đếm. - Serial Port: Port nối tiếp truyền nhận UART. - RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu dữ liệu 256byte. - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc dạng FLASH ROM được tích hợp dùng để lưu chương trình 8 Kbyte SVTH: Huỳnh Công Khanh 13
15. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52 • Chức năng hoạt động các port Port0: - Chức năng port0 được dùng làm các đường điều khiển I/O (Input- Output). - Bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7 ÷ AD0. Port1: - Có chức năng là các đường điều khiển I/O - Chân P1.0 và P1.1 phục vụ cho Timer T2. - Chân P1.5, P1.6, P1.7 có chức năng nạp dữ liệu nối tiếp cho bộ nhớ chương trình nằm bên trong vi điều khiển. Port2: - Chức năng port2 được dùng làm các đường điều khiển I/O. - Bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8÷A15. Port3: - Có chức năng là các đường điều khiển I/O. - Các chức năng khác của port3 Bảng 2.1: Các chức năng đặc biệt của port 3 Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào nhận dữ liệu UART P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu UART P3.2 0INT Ngõ vào ngắt ngoài thứ 0 P3.3 1INT Ngõ vào ngắt ngoài thứ 1 P3.4 0T Ngõ vào nhận xung đếm Timer/Counter 0 SVTH: Huỳnh Công Khanh 14
16. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI P3.5 1T Ngõ vào nhận xung đếm Timer/Counter 1 P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu • Các ngõ tín hiệu điều khiển Ngõ tín hiệu P ENS (Program store enable) P ENS là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng, thường được nối đến chân OE (output enable hay RD ) của EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh. P ENS ở mức thấp trong thời gian AT8S952 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong AT89S52 để giải mã lệnh. Khi AT89S52 thi hành chương trình trong ROM nội P ENS sẽ ở mức logic 1. Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) Khi AT89S52 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1 6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong AT89S52. Ngõ tín hiệu EA (External Access) Tín hiệu vào EA ở chân 31 nối nguồn 5 VDC (mức 1) hay nối GND (mức 0). Nếu EA = 1, AT89S52 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4 Kbyte. Nếu EA = 0, AT89S52 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA được lấy làm chân cấp nguồn ppV khi nạp chương trình cho FLASH ROM trong AT89S52. SVTH: Huỳnh Công Khanh 15
17. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Ngõ tín hiệu RST (Reset) Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của AT89S52. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset Bảng 2.2: Nội dung các thanh ghi sau khi vi điều khiển bị rest Các ngõ vào bộ dao động X1, X2 Bộ dao động được tích hợp bên trong AT89S52, khi sử dụng AT89S52 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh đuợc sử dụng cho AT89S52 trong phạm vi nhỏ hơn 24Mhz, thường là 12Mhz. Các chân Vcc và GND Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V. Chân GND nối mass. SVTH: Huỳnh Công Khanh 16 Tên thanh ghi Nội dung Bộ đếm chương trình PC 0000 H Thanh ghi tích lũy A 00 H Thanh ghi B 00 H Thanh ghi trạng thái PSW 00 H Thanh ghi con trỏ SP 07 H DPTR 0000 H Port 3 – Port 0 FF H IP XXX0 0000 B IE 0X00 0000 B Các thanh ghi định thời 00 H SCON 00 H SBUF 00 H
18. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI • Cấu trúc phần cứng AT89S52 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển AT89S52 - RAM trong 8051 được phân chia như sau: - Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH. - RAM địa chỉ hoá từng bít có địa chỉ từ 20H đến 2FH. - RAM đa dụng từ 30H đến 7FH. - Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H ñến FFH 2.1.3 LED 7 đoạn Anode chung • LED 7 đoạn Anode chung 8 chân Anode của LED nối chung với nhau, đưa ra một chân tên COM (Anode). LED 7 đoạn Anode chung, chân COM mức logic 1(Vcc) và các chân a-f, dp mức logic SVTH: Huỳnh Công Khanh 17
19. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 0(0 V) LED 7 đoạn sáng. Hình 2.3: Hình dạng và cấu tạo của LED 7 đoạn Anode chung Bảng 2.3: Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung Decimal Binary Hexadecimal dp g f e d c b a 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0xC0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0xF9 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0xA4 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0xB0 4 1 0 0 1 1 0 0 1 0x99 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0x92 6 1 0 0 0 0 0 1 0 0x82 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0xF8 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0x80 9 1 0 0 1 0 0 0 0 0x90 10 1 0 0 0 1 0 0 0 0x88 11 1 0 0 0 0 0 1 1 0x83 12 1 1 0 0 0 1 1 0 0xC6 13 1 0 1 0 0 0 0 1 0xA1 14 1 0 0 0 0 1 1 0 0x86 15 1 0 0 0 1 1 1 0 0x8E Vì LED 7 đoạn chứa bên trong nó các LED đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi LED đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ LED. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. SVTH: Huỳnh Công Khanh 18
20. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Hình 2.4: Hình dạng LED 7 đoạn Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua LED nếu LED 7 đoạn được nối với nguồn 5V. Chân nhận tín hiệu a điều khiển LED a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển LED b. Tương tự với các chân và các led còn lại. • Giao tiếp vi điều khiển với nhiều LED 7 đoạn Nếu kết nối Port của Vi điều khiển với 1 LED 7 đoạn thì tối đa kết nối được 4 LED 7 đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác của Vi điều khiển. Cho nên cần kết nối, điều khiển nhiều LED 7 đoạn với số lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt. Có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị LED 7 đoạn, hai là kết nối nhiều LED 7 đoạn vào cùng một đường xuất tín hiệu hiển thị. Phần này sẽ đề cập đến cách kết nối nhiều LED 7 đoạn theo giải pháp thứ 2. Mắt người có đặc điểm sinh lí là chỉ thu nhận 24 hình/giây để tổng hợp các hình ảnh về thế giới xung quanh. Nếu một tín hiệu ánh sáng có chu kì sáng tắt hơn 24 lần trong 1 giây, mắt người luôn cảm nhận đó là một nguồn sáng liên tục. Để minh họa cho điều này, bạn hãy lấy các chương trình đã thực hiện với led đơn và làm ngắn thời gian delay lại, đến một giá trị nào đó bạn sẽ thấy các led đều sáng liên tục. Để kết nối nhiều LED 7 đoạn vào vi điều khiển thực hiện như sau: nối tất cả các chân nhận tín hiệu của tất cả các LED 7 đoạn (chân abcdefgh) cần sử dụng vào cùng 1 Port, trong ví dụ, 8 led 7 đoạn có các chân nhận tín hiệu cùng được được nối với P0. Dùng các ngõ ra còn lại của Vi điều khiển điều khiển ON/OFF cho LED 7 đoạn, mỗi ngõ ra điều khiển ON/OFF cho 1 led 7 đoạn,(ON: LED 7 đoạn được cấp nguồn để hiển thị, OFF: LED 7 đoạn bị ngắt nguồn nên không hiển thị được). • Phương pháp hiển thị LED 7 đoạn Có hai cách chính để đưa thông tin lên LED 7 đoạn: Chốt và quét. Tuy nhiên phương pháp kết hợp cả chốt và quét là tối ưu nhất và được dùng nhiều hiện nay, đặc biệt là trong các mạch hiển thị bảng báo tỉ giá. Phương pháp chốt: SVTH: Huỳnh Công Khanh 19
21. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Vẫn chia sẻ bus dữ liệu cho tất cả các LED như phương pháp quét, đồng thời các LED đều có chân A chung nối sẵn lên nguồn (lúc nào cũng sẵn sàng hiển thị). Mỗi LED 7 đoạn kết hợp với 1 IC chốt, vi xử lý điều khiển chốt dữ liệu cho chính xác. Dữ liệu cho từng LED sẽ lần lượt đưa lên Bus, ứng với dữ liệu của LED nào thì IC chốt của LED đó sẽ chốt dữ liệu lại, động tác này do vi điều khiển thực hiện. Sau một lượt dữ liệu sẽ xuất hiện đầy đủ trên tất cả các LED 7 đoạn, kể từ đó vi điều khiển không cần mất công hiển thị nữa, các LED sẽ sáng liên tục chứ không như phương pháp quét. Như vậy hình ảnh của phương pháp chốt sáng hơn và không nhấp nháy. Hạn chế của phương pháp này là tốn nhiều IC chốt, mạch điều khiển chốt phức tạp (có thể dùng IC giải mã 74138, 74154 như phương pháp quét) Một mô phỏng chốt 4 led như sau: Hình 2.5: Phương pháp chốt dùng IC giao tiếp LED 7 đoạn Phương pháp quét LED: Dựa trên độ lưu ảnh của mắt, một hình ảnh mắt ta thấy nhưng phải mất 40ms mới xử lý xong (cỡ 24-25 hình trong 1 giây), do đó nếu các hình xuất hiện trước mắt ta mà chớp tắt nhanh hơn 25 hình/ giây thì ta không thấy nó chớp nữa, có thể hiểu như mắt ta bị thừa thông tin. Như vậy nếu bằng cách nào đó ta cho một con LED đơn chớp tắt thật nhanh (trên 25 Hz, nhanh hơn nữa càng tốt, vài trăm Hz, thậm chí vài KHz càng tốt miễn là con LED có thể chớp tần số đó) ta sẽ thấy con LED sáng luôn, mà thực chất là nó đang sáng_ tắt_sáng_tắt… rất nhanh. Bây giờ ta điều khiển một LED 7 đoạn (loại Anode chung), cho chân chung lên nguồn, điều khiển sáng tắt nhanh cho hai thanh b,c của nó (5 thanh còn lại nhớ tắt) ta thấy nó sáng lên số 1, thực chất là đang chớp số 1. SVTH: Huỳnh Công Khanh 20
22. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Bằng cách cho luân phiên nhiều led hiển thị thông tin khác nhau ta có cảm giác nhiều LED 7 đoạn đang sáng đồng thời, với cách này ta chỉ cần một bus dữ liệu nối song song cho tất cả các LED (gồm 7 dây a,b,c,d,e,f,g) mỗi LED được điều khiển bằng một tín hiệu khác sao cho tại một thời điểm chỉ có duy nhất một LED 7 đoạn được phép hiển thị và lúc này bus cũng đang truyền dữ liệu ứng với LED này. Nếu có quá nhiều led bảy đoạn ta phải kết hợp thêm các IC giải mã chọn kênh như 74138, 74154… Đôi khi để đơn giản trong lập trình người ta không dùng vi điều khiển, điều khiển trực tiếp cho LED 7 đoạn mà dùng thêm IC giải mã từ BCD sang 7 đoạn (loại A chung) là 74247 cũng rất tốt. (Lúc này chỉ cần dùng 4 chân của vi xử lý để đưa mã BCD cho IC 74247 thay vì dùng 7 chân để cấp tín hiệu a,b,c,d,e,f,g cho LED 7 đoạn ). Xem các hình dưới, nếu cho các LED luân phiên sáng tắt, thời gian mỗi LED khá lâu (lâu hơn thời gian lưu ảnh của mắt) ta sẽ thấy từng led một sáng như sau: Hình 2.6: Phương pháp quét LED 7 đoạn Nếu tăng tần số quét (giảm thời gian dành cho mỗi LED) ta sẽ thấy kết quả 4 LED cùng sáng như sau: Hình 2.7: Phương pháp quét LED 7 đoạn Phương pháp này tiện dụng ở phần cứng lẫn phần mềm, tuy nhiên nếu số lượng LED quá nhiều thì thời gian sáng trung bình dành cho mỗi LED là T lại giảm đi (T =1/n với là số LED 7 đoạn, số đối tượng được quét). Điều này kéo theo các LED sẽ suy giảm độ sáng. Mặt khác phải tích hợp thêm IC giải mã, nhiều việc phát sinh cho thiết kế mạch lẫn lập trình. Tóm lại, phương pháp này ứng dụng cho các hiển thị thông tin ít, cỡ 20 SVTH: Huỳnh Công Khanh 21
23. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI LED 7 đoạn trở xuống thì tuyệt vời nhưng thông tin nhiều như bảng tỉ giá ngoại tệ cần vài trăm LED thì không ổn Hình 2.8: Phương pháp quét LED 7 đoạn Phương pháp phối hợp: Đơn giản nhất là dùng IC ghi dịch 74595 hay 4094. IC ghi dịch thực chất là các D- Flip Flop mắc nối tiếp với nhau, các IC ghi dịch có thêm một tầng công suất ra. Dữ liệu đưa vào IC ghi dịch theo kiểu nối tiếp, khi xuất ra có hai kiểu vừa nối tiếp, vừa song song. Đối với LED 7 đoạn thì kiểu ghi dịch không cần đến động tác quét, dữ liệu cứ đưa ra tuần tự và chốt lại là xong. Vi xử lý chỉ cần 3 chân (1 cho dữ liệu nối tiếp serial data, 1 cho xung nhịp clock và 1 để điều khiển xuất + chốt dữ liệu ra song song strobe) Hình 2.9: Phối hợp 2 phương pháp Sử dụng IC tương đối phức tạp, có các bước thực hiện như sau: Chuẩn bị byte cần dịch ra. Cho chân strobe về 0. Đưa bit đầu tiên ra chân serial data SVTH: Huỳnh Công Khanh 22
24. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Tạo một sườn lên trên chân clock Cứ thế cho đến khi hết byte thì tiếp tục byte khác. Sau khi đã đưa hết các byte ra ngoài ta tạo một sườn lên trên chân strobe để xuất và chốt dữ liệu trong 74595 ra ngoài song song. Lặp lại quá trình trên cho lần xuất dữ liệu mới tiếp theo. 2.1.4 Giới thiệu về tụ điện - Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện. Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua. - Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực. - Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai. Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa... Hình 2.10: Hình dáng các loại tụ điện gốm- tụ hóa 2.1.5 Giới thiệu về transistor Hình 2.11: Ký hiệu và cấu tạo Transistor Transistor cấu tạo bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau. Nếu vùng giữa là N ta SVTH: Huỳnh Công Khanh 23
25. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN. 2.1.6 Giới thiệu về điện trở - Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện. - Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn. Để biểu thị giá trị điện trở. Người ta dùng các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở. Hình 2.12: Ký hiệu và hình dáng điện trở Ứng dụng máy đếm tiền, máy đếm số xe vào ra Hình 2.13: Máy đếm tiền 2.1.7 Gới thiệu cảm biến hồng ngoại Khái niệm về tia hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng λ = 0.80µm → 0.94µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thu, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng. Do đó khi thu phải đúng hướng. Ứng dụng của tia hồng ngoại trong điện tử Hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi vì dễ tạo ra và không chịu các ảnh hưởng điện từ. Vì vậy, được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực liên lạc và điều khiển. Tuy nhiên, nó SVTH: Huỳnh Công Khanh 24
26. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI chưa thật sự là một giải pháp hoàn hảo cho thông tin liên lạc vì bị ảnh hưởng bởi những nguồn phát tia hồng ngoại khác như: ánh sáng mặt trời, những vật bức xạ nhiệt. Truyền và thu tín hiệu hồng ngoại Để thuận lợi cho việc ứng dụng tia hồng ngoại trong lĩnh vực liên lạc và điều khiển, tránh các tín hiệu nhiễu, ta phải mã hóa tín hiệu hồng ngoại khi phát để chỉ ra cho phía thu đâu là tín hiệu cần thu, đâu là nhiễu môi trường xung quanh. Để mã hóa tín hiệu hồng ngoại, thông thường người ta sẽ chèn thêm tín hiệu xung vuông tần số từ 30 – 60kHz vào tín hiệu hồng ngoại, sử dụng phổ biến nhất khoảng 36kHz. Khi đó, Module thu chỉ tiếp nhận các tần số trong khoảng này và lọc bỏ các tần số khác. Sau đó đua vào giải mã để có được tín hiệu mong muốn. Giao tiếp giữa mắt phát và mắt thu hồng ngoại Hình 2.14: Mắt thu và mắt phát hồng ngoại Khi ta cấp 1 xung vuông có tần số 36kHz tương ứng mức “1” tại mắt phát thì khi đó mắt thu sẽ xuống mức “0” (nhận được tín hiệu hồng ngoại truyền đến). Và khi ta cấp mức điện áp 0V tương ứng với mức “0” tại mắt phát thì mắt thu sẽ có mức “1” tương ứng với điện áp +Vcc. Vậy tín hiệu nhận được tại mắt thu sẽ bị đảo lại so với tín hiệu được truyền bên mắt phát. 2.1.8 IC ổn áp LM7805 Điện áp đầu vào (Input): 9VDC Điện áp đầu ra (Output): 5 VDC SVTH: Huỳnh Công Khanh 25
27. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Chân số 1 là chân ngõ vào (Input), chân số 2 là chân mass (GND), chân số 3 là chân ngõ ra (Output). Ngõ ra output luôn ổn định ở 5VDC dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Hình 2.15: IC ổn áp LM7805 2.1.9 Vi điều khiển AT98S52 Interrupt Control: Tín hiệu điều khiển ngắt. CPU (Control processor Unit): Đơn vị xử lý trung tâm. Xtal: Mạch tạo dao động nội kết hợp với tụ thạch anh bên ngoài để tạo dao động. Bus Control: Các đường tín hiệu điều khiển. Other Register: Các thanh ghi khác (thanh ghi vùng Ram đa dụng và thanh ghi đặc biệt). I/O port: 4 port xuất nhập (P0, P1, P2, P3). Timer/Counter: Các bộ định thời/bộ đếm. Serial Port: Port nối tiếp truyền nhận UART. RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu dữ liệu 256byte. ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc dạng FLASH ROM được tích hợp dùng để lưu chương trình 8 Kbyte 2.1.10 Op-Amp LM324 IC khuếch đại thuật toán LM324N được tạo bởi bốn bộ khuếch đại thuật toán (OP- OAMP) độc lập được tích hợp trên một chip đơn. Điểm đặc biệt của LM324 là nó được thiết kế để hoạt động với nguồn nuôi có vùng điện áp rộng. LM324N có thể hoạt động SVTH: Huỳnh Công Khanh 26
28. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI với cả nguồn đôi. Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp. Vùng điện áp lối vào: -0.3V đến +32V Dòng cực máng nhỏ: 0.7mA Dòng offset lối vào: 30nA max Điện áp offset lối vào: 3mA max Vùng nhiệt độ hoạt động:0 đến 70 độ C • Op-Amp được cấp nguồn đối xứng: Hình 2.16: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đối xứng In+ : Ngõ vào không đảo In- : Ngõ vào đảo VOut: Ngõ ra +Vcc: Nối nguồn dương -Vcc: Nối nguồn âm • Op-Amp được cấp nguồn đơn: Hình 2.17: Ký hiệu Op-Amp cung cấp nguồn đơn SVTH: Huỳnh Công Khanh 27
29. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI In+ : Ngõ vào không đảo In- : Ngõ vào đảo VOut: Ngõ ra +Vcc: Nối nguồn dương -Vcc: Nối với mass (GND) • Hình dáng và mạch tích hợp tiêu biểu Hình 2.18: Hình dáng và sơ đồ chân Op-APhần mềm LM324 • Ứng dụng: Mạch khuếch đại công suất Mạch so sánh Mạch nháy theo nhạc Mạch sạc pin cho xe đạp điện Mạch cộng tín hiệu, mạch trừ tín hiệu, mạch khuếch đại vi sai Điều khiển tự động hóa PID SVTH: Huỳnh Công Khanh 28
30. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD: PHAN TRÒN DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Nguyên lý hoạt động Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua giữa hai cảm biến là cảm biến phát hồng ngoại LED_Tx, cảm biến thu hồng ngoại LED_Rx. LED_Tx phát hồng ngoại phát ra ánh sáng hồng ngoại và LED_Rx thu hồng ngoại hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. LED_Tx phát và LED_Rx thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa LED_Tx phát hồng ngoại và LED_Rx thu hồng ngoại, ánh sáng hồng ngoại bị che bởi sản phẩm đi qua LED_Rx thu sẽ hoạt động với tần số khác tần số phát hồng ngoại như thế tạo ra một xung tác động qua bộ so sánh để xác định ngõ vào nào có điện áp cao hơn hay thấp hơn, dùng biến trở để điều chỉnh điên áp mức so sánh. Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguyên lý SVTH: Huỳnh Công Khanh 29
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links