Đồ Án : Mạch Đo Nhiệt độ Lm35 - 123doc

• Port 1: với số thứ tự chân từ 1-8, có chức năng làm các đường điều khiển xuất nhập ngoài ra còn có các chân có chức năng như bảng sau:Hình 1.3: Chức năng các chân port 1 • Port 2: với

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài: “Mạch đo và hiển thị nhiệt độ”

Giảng viên hướng dẫn : NGÔ THI THU TÌNH .

Sinh viên thực hiên : TRẦN QUANG TRUNG.

MỞ ĐẦU

Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa như ngày nay, các thiết bị điện tử, tự động hóa đóng một vai trò rất quan trọng, đặc biệt là trong quá trình sản xuất ở các phân xưởng, nhà máy cũng như là trong đời sống gia đình

Áp dụng những kiến thức đạt được trong quá trình học môn Điện Tử Tương Tự, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài:“ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỆN THỊ SỐ ”

Vì thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót … Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của tất cả quý thầy cô cùng các bạn

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn :

Sự chỉ dẫn và góp ý của cô Ngô Thị Thu Tình Cảm ơn cô đã nhiệt tình cung cấp thông tin hướng dẫn và hỗ trợ em kiểm tra, khắc phục một số thông tin chưa chính xác.Xin cảm ơn các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều mặt như phương tiện, sách vở, ý kiến

Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù em đã rất cố gắng, xong sẽ không tránhkhỏi thiếu xót Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, chỉ dẫn của quý thầy cô, các bạn sinh viên và bạn đọc

Nhận xét, đánh giá (Của người hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm (bằng chữ: )

Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án môn học:

Ngày… Tháng… Năm 20 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC:

Lời mở đầu ……….……… 2 Lời cảm ơn……… … 3

Chương I: Cơ sở lý thuyết.

1. Nguyên lý hoạt động và nguyên lý ……….6

1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch

1.2 Nguyên lý một số linh kiện phục vụ cho công việc đo lường

Chương II: Thiết kế và thi công mạch

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Nguyên lý hoạt động và nguyên lý đo.

1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch.

• Sử dụng vi điều khiển họ 8051

• Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt LM35 thông qua bộ thiết kế mạch chuyển đổi ADC080

• Hiển thị bằng LED 7 đoạn

1.2 Nguyên lý một số linh kiện phục vụ cho công việc đo lường.

1.2.1-Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051

AT89S52 là họ IC vi điều khiển do hãng ATMEL sản xuất Các sản phẩm AT89S52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bit như

là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển

AT89S52 cung cấp những đặc tính chuẩn như: 8Kbyte bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 128 byte RAM, 32 đường I/O, 3 TIMER/COUNTER 16 bit, 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON-CHIP

Các đặc điểm của AT89S52 được tóm tắt như sau:

• 8Kbyte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xóa

• Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24MHz

• 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

• 3 bộ Timer/Counter 16 Bit

• 128 Byte RAM nội

• 4 Port xuất/nhập I/O 8 bit

• Giao tiếp nối tiếp

• 64 KB vùng nhớ mã ngoài

• 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

• 4µs cho hoạt động nhân hoặc chia

1.2.1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89S52

Sơ đồ chân

Hình 1.1: Sơ đồ chân của AT89S52

Hình 1.2: Sơ đồ khối của AT89S52

Chức năng các chân

• Port 0: là port có 2 chức năng với số thứ tự chân là từ 32-39

- Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng

bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 được dùng làm các đường I/O

- Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port

0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7-AD0

• Port 1: với số thứ tự chân từ 1-8, có chức năng làm các đường điều khiển xuất nhập ngoài ra còn có các chân có chức năng như bảng sau:

Hình 1.3: Chức năng các chân port 1

• Port 2: với số thứ tự chân từ 21-28 với hai chức năng

- Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng

bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 được dùng làm các đường I/O

- Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port

2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8-A15

• Port 3: có hai chức năng với số thứ tự chân 10-17, các chân của port này có nhiều chức năng khác nhau như bảng sau:

Hình 1.4: Chức năng các chân port 3

• Chân PSEN (Program store enable): là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng, khi có giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài mới dùng đến chân PSEN

• Chân ALE/PROG (Address latch enable): là tín hiệu ngõ ra ở chân 30 dùng làm tínhiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với

IC chốt

• Chân EA/VPP (External Access) số thứ chân là 31 có chức năng chọn bộ nhớ chương trình: EA=GND: Chọn bộ nhớ ngoại, EA=VCC chọn bộ nhớ nội

• Chân RST (Reset) chân số 9 của vi điều khiển, khi nhấn nút reset thì mạch sẽ reset

vi điều khiển, khi reset thì tín hiệu phải ở mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy

Sơ đồ mạch reset:

Hình 1.5: Sơ đồ mạch Reset

• Chân XTAL1 và XTAL2: chân 18, 19 của vi điều khiển, thường được nối với thạch anh tạo thành một mạch tạo dao động cho VĐK Tần số thạch anh thường được dùng trong các ứng dụng là: 12MHz, Tần số tối đa 33MHz Tần số càng lớn

vi điều khiển xử lý càng nhanh

• Chân VCC, GND: chân 40, 20 của vi điều khiển dùng để cấp nguồn và nối đất cho

vi điều khiển

1.2.2 Giới thiệu về IC ADC0804

Các bộ chuyển đổi ADC thuộc những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất để thu dữ

liệu Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân, nhưng trong thế giới vật lý thì mọi đạilượng ở dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí hoặc chất lỏng), độ ẩm và vận tốc

và một số ít những đại lượng vật lý của thế giới thực mà ta gặp hằng ngày Một đại lượngvật lý được chuyển về dòng điện hoặc điện áp qua một thiết bị được gọi là các bộ biếnđổi Các bộ biến đổi cũng có thể coi như các bộ cảm biến Mặc dù chỉ có các bộ cảm biếnnhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng và nhiều đại lượng tự nhiên khác nhưng chúng đều cho ra

các tín hiệu dạng dòng điện hoặc điên áp ở dạng liên tục Do vậy, ta cần một bộ chuyểnđổi tương tự số sao cho bộ vi điều khiển có thể đọc được chúng Một chip ADC được sửdụng rộng rãi là ADC0804.

Sơ đồ chân ADC0804

Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng NationalSemiconductor Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất Chip có điện áp nuôi +5V

và độ phân giải 8 bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham sốquan trọng khi đánh giá bộ ADC Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà

bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Đối với ADC0804thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN

và không bé hơn 110µs Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau:

- CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng

để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập tới ADC0804 thì chân này phải được đặt ở mứcthấp

- RD (Read): Chân số 2, là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp Các bộ chuyển đổicủa 0804 sẽ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghitrong Chân RD được sử dụng để cho phép đưa dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra củaADC0804 Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu radạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7)

- WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng báo cho ADC biết

để bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân 8bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp

- CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sửdụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 c ũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng Đểdùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được nối với một tụ điện

và một điện trở Khi đó tần số được xác định bằng biểu thức:F=

Với R = 10 kΩ, C = 150 pF và tần số f = 606 kHz và thời gian chuyển đổi là 110 µs

- Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp Bình thường chân này ởtrạng thái cao và khi việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất thì nó chuyển xuống mức thấp

để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi INTR xuống thấp,cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra

- Vin (+) và Vin (-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đóVin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) được nối tới đất và Vin(+) được dùng làmđầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số

- Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V Chân này còn được dùng làm điện áp tham

- Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu Nếu chânnày hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 đến +5V Tuy nhiên,

có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 đến +5V Chân Vref/2được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 đến +5V

- D0 – D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bitthấp nhất LSB) Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉđược truy cập khi chân CS = 0 và chân RD đưa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ra tatính theo công thức sau:

Dout = Vin / Kích thước bước.

1.2.3 Giới thiệu về IC cảm biến nhiệt LM35

Đây là cảm biến nhiệt được tích hợp chính xác cao của hãng National

Semiconductor Điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius.Chúng không yêu cầu căn chỉnh ngoài

LM35 có 4 dạng: TO-46, SO-8, TO-92, TO-220 Nhưng thường dùng nhất là dạngTO-92 như hình dưới

Sơ đồ chân LM35 dạng TO-92

Đặc điểm cơ bản của LM35:

• Điện áp nguồn từ -0,2V đến +35V

• Điện áp ra từ -1V đến +6V

• Dải nhiệt độ đo được từ -550C đến +1500C

• Điện áp đầu ra thay đổi 10mV mỗi khi có sự thay đổi 10C

LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV/1(0C)

Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 250C nó có sai

số không quá 1% Với tầm đo từ 0(0C) đến 128(0C), tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục vớinhững thay đổi của tín hiệu ngõ vào

Ở 100(0C) thì điện áp ngõ ra Vout= 3,17V Tầm biến thiên điện áp tương ứng với nhiệt độ từ 0(0C) đến 100(0C) là 1V

1.2.4 Cấu tạo của LED 7 đoạn

Giao tiếp với LED 7 đoạn

Các khái niệm cơ bản

Trong các thiết bị để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với

thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “LED 7 đoạn” LED 7đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiển thị số là đủ,chẳng hạn LED 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treotường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó

LED 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 LED đơn xếp theo hình phía trên và có thêm mộtLED đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của LED 7 thanh

8 LED đơn trên LED 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nốichung với nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện 7 cựccòn lại trên mỗi LED đơn của LED 7 đoạn và 1 cực trên LED đơn ở góc dưới, bên phảicủa LED 7 đoạn được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho LED sáng tắt theo ýmuốn

Nếu LED 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, cácchân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED chỉ sáng khi tínhiệu đặt vào chân này ở mức 0 Nếu LED 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground(hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn,LED chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

Vì LED 7 đoạn chứa bên trong nó các LED đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảodòng qua mỗi LED đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ LED Nếu kết nối vớinguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện quaLED 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

Kết nối với Vi điều khiển

Ngõ nhận tín hiệu của LED 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của

Vi điều khiển để điều khiển LED 7 đoạn Như vậy LED 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ

Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng LED đơn trong nó, dữ liệu đượcxuất ra điều khiển LED 7 đoạn thường được gọi là “mã hiển thị LED 7 đoạn” Có hai kiểu

mã hiển thị LED 7 đoạn: mã dành cho LED 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dànhcho LED 7 đoạn có Cathode(cực -)chung Chẳng hạn, để hiển thị số 1 cần làm cho cácLED ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng LED 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào haichân b và c điện áp là 0V (mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V (mức 1), nếu sửdụng LED 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp (hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức

là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V (mức 1)

Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn

Số hiển thị trên LED

7 đoạn Mã hiển thị LED 7 đoạn dưới dạng nhị phân Mã hiển thị LED 7 đoạn dưới dạng thập lục phân

Số hiển thị trên LED

7 đoạn Mã hiển thị LED 7 đoạn dưới dạng nhị phân Mã hiển thị LED 7 đoạn dưới dạng thập lục phân

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

2 Phần cứng

Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ

2.1 Các khối chức năng

2.1.1 Khối cảm biến

Khối cảm biến LM35 dùng để cảm biến nhiệt độ ngoài môi trường rồi chuyển đến

khối ADC0804 Ở đây chân 1 nối nguồn, chân 3 nối đất còn chân 2 nối vào chân Vin+của ADC

2.1.2 Khối chuyển đổi tương tự sang số

Khối này là ADC0804 dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự (nhiệt độ) từ cảm biến sang tín hiệu số Sau khi chuyển đổi thì ADC sẽ xuất dữ liệu ra 8 chân của VXL.

2.1.3 Khối xử lý trung tâm

Khối này là IC AT89S52, mọi quá trình xử lý dữ liệu đều được thực hiện ở đây.

2.1.4 Khối hiển thị

Khối này có chức năng hiển thị nhiệt độ, dữ liệu sẽ được lấy ra từ port 2 và port

3của VXL AT89S52

Khối sử dụng transitor PNP : Led được điều khiển ON/OFF bằng transitor, khi chân

b bằng mức 0 thì tran nó được mở và có dòng đi vào, còn khi chân b ở mức 1 thì tran sẽ đóng

2.2 Sơ đồ nguyên lý

2.3 Sơ đồ mạch in và sản phẩm

3.Nguyên lý chi tiết của mạch

4.Code chương trình