Xemtailieu Tải về Đồ án vi xử lý Thiết kế mạch đo nhiệt độ
Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] MỤC LỤC: Lời mở đầu ……………………………………………………….………..........4 Chương I: Tổng quan về các khối. I. Sơ đồ và chức năng từng khối…………………………..……....5 Chương II: Thiết kế khối nguồn I. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ……………….………………7 II. Nguyên tắc hoạt động của mạch …..…..……………………..8 Chương III: Thiết kế khối cảm biến I. Bộ cảm biến…..………………………………………...............11 II. Tính toán nhiệt độ …….……………………………..……….13 Chương IV: Thiết kế bộ chuyển đổi ADC I Giới thiệu về ADC 0804………………………………………..15 II Các phương pháp chuyển đổi ADC...........................................17 Chương V : Thiết kế khối vi xử lý I II Một số loại Vi điều khiển được dùng phổ biến hiện nay….......21 Tìm hiểu về AT89C51…………………………………............22 III Chức năng các chân của AT89C51……...……………………23 IV Cấu trúc bên trong của vi điều khiển AT89C51…….………25 Chương VI : Thiết kế khối hiển thị Led 7 thanh……………….…………….35 Chương VII: Mạch nguyên lý tổng quát và.Chương trình điều khiển hệ thống I Sơ đồ nguyên lý và thuật toán………………………..…..……..38 II. Chương trình điều khiển …………………………..…………...44 Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 1 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC KHỐI I. SƠ ĐỒ VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI Cảm biến LM 35 Led 7 đoạn ADC Khối xử lý ( CPU) Nguồn Hình 1. 1. Sơ đồ khối mạch đo lường nhiệt độ dùng 8051 Nhiệm vụ của từng khối: - Khối nguồn : Cung cấp điện cho hệ thống.Ở đây chúng em dùng nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống là điện áp 5V được chỉnh lưu từ nguồn điện áp 9V. Thông số chính của mạch: - Điện áp đầu vào từ 9V - Điện áp đầu ra là 5V– 1A Các linh kiện trong mạch : - Máy biến áp 220VAC/9VDC - Diode 3A - Có hai tụ điện phân cực C1 = 2200 F/25V và C2 = 1000 F/25V - IC ổn áp 7805 - Khối vi xử lý: Điều hành mọi hoạt động của hệ thống.Các tín hiệu được đưa đến Vi điều khiển AT89C51 để xử lý rồi đưa ra hiển thị trên led 7 thanh. Đặc điểm của AT89C51 như sau: + 4kB EPROM bên trong + 128 Byte RAM nội + Giao tiếp nối tiếp Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 2 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] + 64kB vùng nhớ mã ngoài + 64kB vùng nhớ dữ liệu ngoài + Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn) + 210 vị trí nhớ có thể định vị bit + 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia - Khối cảm biến: Để đo nhiệt độ được chính xác, tất nhiên cần có một đầu dò thích hợp. Đầu dò là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ vận chuyển từ nhiệt độ qua tín hiệu điện. Dựa vào lý thuyết và thực tế của mạch cần thiết kế ta dùng phương pháp đo bằng IC cảm biến nhiệt độ. Các IC cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, dễ tìm và giá thành rẻ. IC LM35 là loại thông dụng hay dùng hiện nay. - Khối ADC: Chuyển đổi tương tự sang số. Bộ ADC 0804 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bít, bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương thích. Bộ chuyển đổi ADC 8 bit dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập. * Các đặc điểm của ADC 0804 : - Chuẩn hóa theo thang đo nhiệt độ Cesius - Dòng tiêu thụ rất nhỏ cỡ 60 µA nên nhiệt độ tự tỏa rất nhỏ hầu như không ảnh hưởng đến kết quả đo - Sai số nhỏ chỉ khoảng 0.50C - Thời gian chuyển đổi : 100µs ở tần số 640 khz . - Điện áp làm việc từ 4V đến 30V - Tần số xung clock 10 khz – 1280 khz. - Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng. - Khối hiển thị : Hiển thị nhiệt độ của môi trường. Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 3 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KHỐI NGUỒN I. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Hình 2. 1. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Thông số chính của mạch: - Điện áp đầu vào từ 9V đến 24V - Điện áp đầu ra là 5V– 1A Các linh kiện trong mạch : - Máy biến áp 220VAC/12VDC - Diode 3A - Có hai tụ điện phân cực C1 = 2200 F/25V và C2 = 1000 F/25V - Ổn áp 7805 - Dạng tín hiệu điện sau khi chỉnh lưu Hình 2. 2. Tín hiệu điện áp vào Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 4 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 Hình 2. 3. Tín hiệu sau khi chỉnh lưu II. Nguyên tắc hoạt động của mạch 1. Linh kiện ổn áp 7805 Trên thực tế thì linh kiện ổn áp 7805 được dùng rất nhiều trong các mạch điều khiển dùng để ổn định cho mạch.Với ưu điểm là dễ ghép nối, dễ thiết kế với chi phí thấp ,nguồn đầu ra ổn định. Nhược điểm của nó là công suốt đầu ra khá thấp (1A) và hoạt động không ổn định khi có nhiễu bên ngoài .Hoạt động ở nhiệt độ khá cao là từ 00C – 1250C Hình 2.4. Linh kiện 7805 * 7805 có 3 chân cho ta kết nối với nó : Chân 1 là chân nguồn đầu vào ,chân 2 là chân GND ,chân 3 là chân lấy điện áp ra . + Chân 1- 2 (Chân điện áp đầu ra ) :Đây là chân cấp nguồn đầu vào cho 7805 hoạt động.Giải điện áp cho phép đầu vào lớn nhất là 40V.Theo Datasheep thì giải điện áp đầu ra là 5V nên ta cho điện áp đầu vào là 12V để mạch lúc nào cũng hoạt động ổn định điện áp không bị lên xuống do nguồn đầu vào . Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 5 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] + Chân 3(Chân điện áp đầu ra ): Chân này cho chúng ta lấy điện áp đầu ra ổn định 5V.Đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong giải từ 4.75V đến 5.25V. * Đảm bảo thông số :Vi – V 0 > 3V.Thông số này phải luôn đảm bảo khi cấp nguồn cho 7805.Tức là điện áp cấp vào cho 7805 phải nằm trong giải 8V đến 40V.Nếu mạch cấp nguồn dưới 8V thì mạch ổn áp không còn tác dụng.Thông thường người ta không bao giờ cấp nguồn 8V vào cả mà người ta cấp nguồn lớn gấp đôi nguồn đầu ra để tránh trường hợp sụt áp đầu vào sinh ra nguồn đầu ra không ổn định trong thời gian ngắn . * Đảm bảo tản nhiệt tốt cho 7805 khi chạy với tải.Khi công suốt tăng lên thì do 7805 là linh kiện bán dẫn nên công suất rất mỏng khi tải lớn.Để tranh hỏng linh kiện thì và cho linh kiện hoạt động trong nhiệt độ bình thường thì cần phải tản nhiệt tốt . 2. Thành phần lọc nguồn và lọc nhiễu * Như chúng ta đã biết các tụ C1 và C2 là các tụ hóa dùng để lọc điện áp .Vì đây là điện áp một chiều nhưng chưa được phẳng vấn còn các gợn nhấp nhô nên các tụ này các tác dụng lọc nguồn cho điện áp một chiều phẳng. + Tụ C1 là tụ lọc nguồn đầu vào cho 7805. Tín hiệu điện áp xoay chiều sau khi được chỉnh lưu thành tín hiệu một chiều do đầu ra vẫn chưa ổn định ,tín hiệu ra đang còn nhấp nhô vì vậy ta dùng tụ hóa có điện dung đủ lớn để để lọc phẳng điện áp đầu vào. Tụ C 1 có điện áp chịu đựng phải lớn hơn điện áp đầu vào. + Tụ C2 là tụ lọc nguồn đầu ra cho 7805 . Điện áp sau khi qua ổn áp 7805 thì vẫn còn chưa được bằng phẳng do đó ta phải dùng tụ C2 để lọc nguồn đầu ra cho bằng phẳng . + Tụ C1 phải có giá trị điện dung lớn hơn giá trị tụ C2. + Tụ C3 và tụ C4 có tác dụng ổn định cho 7805 trước và sau khi tín hiệu đi qua 7805. 3.Thành phần chỉnh lưu Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn . Diode chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anode sang Cathode. Theo nguyên lý dòng điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có dòng điện qua diode theo chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở Anode một điện thế cao hơn ở Cathode. Khi đó ta có U AK > 0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc (U TX). Như vậy muốn có dòng điện qua diode thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức là: UAK > UTX. Khi đó một phần của điện áp U AK dùng để cân bằng với điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V), phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận qua diode. Khi UAK > 0, ta nói diode phân cực thuận và dòng điện qua diode lúc đó gọi là dòng điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức IFORWARD hoặc ID tức IDIODE). Dòng điện thuận có chiều từ Anode sang Cathode. Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì diode trở nên dẫn điện rất tốt, tức là điện trở của diode lúc đó rất thấp (khoảng vài chục ). Do vậy phần điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng với U TX. Thông Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 6 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] thường phần điện áp dùng để cân bằng với UTX cần khoảng 0.6V và phần điện áp tạo dòng thuận khoảng 0.1V đến 0.5V tùy theo dòng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampere. Như vậy giá trị của UAK đủ để có dòng qua diode khoảng 0.6V đến 1.1V. Ngưỡng 0.6V là ngưỡng diode bắt đầu dẫn và khi UAK = 0.7V thì dòng qua diode khoảng vài chục mA. Nếu diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược Anode sang Cathode. Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu diode bị phân cực ngược với hiệu điện thế lớn. Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp. Mọi diode chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì diode bị đánh thủng, dòng điện qua diode tăng nhanh và đốt cháy diode. Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau đây: - Dòng điện thuận qua diode không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (do nhà sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xác định). - Điện áp phân cực ngược (tức UKA) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng của diode do nhà sản xuất cung cấp). Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 7 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHỐI CẢM BIẾN I. Bộ cảm biến : a. Một số tính chất cơ bản của LM35 : 0 Có độ biến thiên nhiệt độ : 10mV/ 1 C Độ chính xác cao , tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy , ở nhiệt độ 25 0 C nó có sai số không quá 1% . Với tầm đo từ -550C đến 1500C,tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào. Thông số kỹ thuật : - Tiêu tán công suất thấp. - Dòng làm việc từ : 0,4mA- 5mA - Dòng ngược 15mA - Dòng thuận 10mA Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25C với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra từ 2,94V – 3,04V. * Khối cảm biến đầu vào gồm có 3 điểm Đây là những khối cảm biến để đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35.Các đầu ra của cảm biến được đưa vào bộ MUX. Các đặc điểm chung của cảm biến nhiệt độ LM35 như sau: Hình 3. 2. Linh kiện LM35 + Chân 1 : Chân nguồn đầu vào Vcc + Chân 2 : Chân đầu ra Vout + Chân 3 : Chân nối đất GND Cảm biến LM 35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ thuận tuyến tính với nhiệt độ theo thang đo Celsius . Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được căn chỉnh Đặc điểm chính của cảm biến LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/ 0C + Độ chính xác cao ở 250 C là 0.50C +Trở kháng đầu ra thấp 0.1mA cho đến 1mA Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -550C đến 1500C với các mức điện áp khác nhau. Xét một số mức điện áp sau: - Nhiệt độ -550C điện áp đầu ra là -550mV Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 8 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] - Nhiệt độ 250C điện áp đầu ra là 250mV - Nhiệt độ 1500C điện áp đầu ra là 1500mV Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp.Đối với hệ thống này thì đo từ 00C đến 1500C * Nguyên lý hoạt động của LM35 - LM35 hoạt động theo nguyên lý hiệu ứng nhiệt điện. - LM35 nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp. - Khi ta cấp một nguồn Vs cho LM35, dưới tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong bán dẫn. - Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện lỗ trống. - Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo. b. Thiết kế cụ thể mạch cảm biến dùng LM35 + Sơ đồ mạch: Hình 3.2. Sơ đồ cấu tạo của LM35 + Tính toán và chọn linh kiện : Ta có: 400 Ir 5mA 5 V0 5mA R 400A 400 A R 5 V0 400 A Vì: 2,73V Vo 3,73V(1) Nên: 254< R< 5,7k mặt khác, theo thông số của nhà sản xuất điện áp trên LM35 tại TC= 0 25 C, IR = 1mA thì V0=2,98(V), ta có: Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 9 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 400A 5 2.98 5mA R [Year] (2) Từ (1) và (2): chọn R=2,2 k Chọn biến trở chỉnh offset VR= 15k II. Tính toán nhiệt độ a.Sơ đồ khối Ta có: U = t.K (V) Trong đó : - U là điện áp đầu ra của LM35 - K = 10mV/ 0C - t là nhiệt độ môi trường (0C) => U = t.10mV/ 0C (V) Có ADC = 11 bit => n = 11 Dải đo : A = [0- 5] V Bước thay đổi : n = 5/2048 = 2.44mV Giá trị ADC đo được từ giá trị điện áp đầu vào: ADC_value = U/n = (t*10mV)/2.44mV Giá trị nhiệt độ đo được : t = (ADC_value *2.44)/10 ( 0C) b. Sai số hệ thống đo + Tại 00C thì điện áp của LM35 là 10mV + Tại 1500C thì điện áp của LM35 là 1.5V Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 – 0.01 = 1.49 Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 10 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] + ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mV Vậy sai số của hệ thống đo là : V = 0.00244/1.49 = 0.164 % Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 11 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI ADC I. Giới thiệu về ADC 0804 : Bộ ADC 0804 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bít, bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương thích. Bộ chuyển đổi ADC 8 bit dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập. Thiết bị này loại trừ khả năng điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn ADC 0804 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý. Hình4.1. ADC0804 * Ý nghĩa các chân: o INo đến IN7 : 8 ngõ vào tương tự. o A,B,C : giải mã chọn một trong 8 ngõ vào o Z -1 : ngõ ra song song 8 bit o ALE : cho phép chốt địa chỉ o Start : xung bắt đầu chuyển đổi o CLK : xung đồng hồ o REF(+) : điện thế tham chiếu (+) Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 12 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 o REF(-) : điện thế tham chiếu (-) o VCC : nguồn cung cấp [Year] * Các đặc điểm của ADC 0804 : - Chuẩn hóa theo thang đo nhiệt độ Cesius - Dòng tiêu thụ rất nhỏ cỡ 60 µA nên nhiệt độ tự tỏa rất nhỏ hầu như không ảnh hưởng đến kết quả đo - Sai số nhỏ chỉ khoảng 0.50C - Thời gian chuyển đổi : 100µs ở tần số 640 khz . - Điện áp làm việc từ 4V đến 30V - Tần số xung clock 10 khz – 1280 khz. - Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng. 2. Nguyên lý hoạt động : ADC 0804 có 8 ngỏ vào tương tự, 8 ngõ ra 8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit. Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã. Chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự được thực hiện nhờ 3 chân ADDa, ADDb, ADDc như bảng trạng thái sau: A B C Ngõ vào được chọn 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 Sau 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 khi tách xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung start , ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock . Lúc này bit có trọng số lớn nhất(MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào in. + Nếu Vin > Vref /2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 13 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] + Nếu Vin < Vref /2 thì bit MSB vẫn ở mức 0 Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị V ref/4 và cũng so sanh với điện áp ngõ vào V in. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra chân OE ở mức 0. Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi. Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là 1 số nguyên. N 256.(VIN Vref ( ) ) Vref ( ) Vref ( ) Trong đó Vin: điện áp ngõ vào hệ so sánh. Vref (+): điện áp tại chân REF(+) Vref (-): điện áp tại chân REF(-) Nếu chọn Vref (-) = 0 thì N=256 VrefVin( ) Vref (+) = Vcc +5V thì đầy thang là 256. Giá trị nhỏ nhất : Vậy với 256 bước Vin = 5V Áp vào lớn nhất của ADC 0804 là 5v II. Các phương pháp chuyển đổi ADC 1. Phương pháp tích phân Phương pháp tích phân cũng giống như phương pháp chuyển đổi ADC dùng tín hiệu dốc đôi. Cấu trúc mạch điện đơn giản hơn nhưng tốc độ chuyển đổi chậm. Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 14 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 Hình 4. 3. Sơ đồ nguyên lý của mạch chuyển đổi AD dùng phương pháp tích phân Hoạt động - Khi có xung start mạch đếm đưa về trạng thái Reset. Mạch logic điều khiển khóa K ở vị trí 1, điện áp tương tự Vin được nạp vào tụ điên C với thời gian t 1 tín hiệu ngõ ra của mạch tích phân giảm dần, và cho đến khi nhỏ hơn 0V thì ngõ ra của bộ so sánh lên mức 1, do đó mạch có logic điều khiển mở cổng cho xung clock vào mạch đếm. Sau khoảng thời gian t1 mạch đếm tràn mạch logic điều khiển khóa K.Ở vị trí 0, khi đó điện áp âm Vref được đưa vào ngõ của mạch tích phân, tụ điện C xả điện với tốc độ không đổi, sau khoảng thời gian t2 tín hiệu ngõ ra của mạch tích phân tăng dần, do đó ngõ ra của mạch so sánh xuống mức thấp làm cho mạch logic điều khiển đóng cổng và báo kết thúc chuyển đổi.Trong suốt khoảng thời gian xả điện t2 mạch đếm vẫn tiếp tục đếm và kết quả của mạch đếm là tín hiệu số cần chuyển đổi tương ứng với điện áp ngõ vào Vin. -Mối quan hệ giữa điện áp ngõ vào Vin và điện áp chuẩn Vref với t1, t2 t2 = t1.Vin/Vref t1= 2 n /fck :Thời gian mạch đếm từ 0 đến khi tràn số t2= N/fck :Thời gian mạch đếm từ khi tràn đến kết quả sau cùng. 2. Phương pháp ADC xấp xỉ liên tiếp(successtive. pproximation ADC) Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 15 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 Đây là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi. Tuy mạch điện có phức tạp nhưng thời gian chuyển đổi ngắn hơn. Phương pháp chuyển đổi ADC xấp xỉ liên tiếp có thời gian chuyển đổi cố định không phụ thuộc vào điện áp ngõ vào . Hình 4.2. Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phương pháp xấp xỉ liên tiếp * Hoạt động Khi tác động cạn xuống của xung start thay đổi thì ADC bắt đầu thay đổi. -Mạch logic điều khiển bit có ý nghĩa lớn nhất (MSB) của thanh ghi điều khiển lên mức cao và tất cả các bít còn lại ở mức thấp .Số nhị phân ra ở mạch thanh ghi điều khiển được qua mạch DAC để tạo ra mức điện áp tham chiếu V’a. Nếu V’a > Va thì điện áp ra của mạch so sánh xuống mức thấp, làm cho mạch logic điều khiển xóa bit MSB xuống mức thấp . Nếu V’a > Va thì ngõ ra của bộ so sánh vẫn ở mức cao và làm cho mạch logic điều khiển giữ bit MSB ở mức cao. Tiếp theo mạch logic điều khiển đưa bit có nghĩa kế bit MSB lên mức cao và tạo ở ngõ ra khối ADC một điện áp tham chiếu V’ a rồi đem so sánh tương tự như bit MSB ở trên. Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi bit cuối cùng của thanh ghi điều khiển. Lúc đó V’ a gần bằng Va ngõ ra của mạch logic điều khiển báo kết thúc chuyển đổi . 3. Phương pháp song song (paralled method) Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 16 - [Year] Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 Mạch ADC dùng nguyên tắc chuyển đổi song song hay còn gọi là phương pháp ADC nhanh ,có cấu trúc chuyển mạch phức tạp nhưng tốc độ chuyển đổi rất cao. Trong vài trường hợp người ta cần chuyển đổi ADC có tốc độ cao vì tín hiệu đầu vào biến đổi cực nhanh nên cần phải có bộ ADC có tốc độ cao. * Hoạt động : Mạch hoạt động bao gồm khối so sánh và mạch mã hóa. Tín hiệu tương tự đưa vào mạch so sánh cùng một lúc,các trạng thái ra của mạch so sánh được đưa vào các flip flop D để đưa vào bộ mã hóa chính là đầu ra của mạch. Mạch so sánh và mạch mã hóa là loại mạch có tốc độ cao nên tổng thời gian trễ chỉ khoảng vài chục ns nhờ vậy sự chuyển đổi xẩy ra rất nhanh. Tuy nhiên với mạch ADC ở 3 bit thì nó đòi hỏi bộ so sánh khi ở 6 bit thì cần đến 63 bộ so sánh đó là nhược điểm của mạch ADC dùng phương pháp so sánh. Bảng chuyển đổi : Điện áp vào Ngõ ra bộ so sánh Tín hiệu số ngõ ra Vin/Vlsb K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 D1 D2 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 3 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 4 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 5 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 6 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 17 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] CHƯƠNG V: THIẾT KẾ KHỐI XỬ LÝ I. Một số loại Vi điều khiển được dùng phổ biến hiện nay * Vi điều khiển AT89S51:Là một Vi điều khiển mạnh của Atmel được chế tạo theo công nghệ Flash với các đặc điểm sau + 8kB EPROM bên trong + 256 Byte RAM nội + Giao tiếp nối tiếp + 64kB vùng nhớ mã ngoài + 64kB vùng nhớ dữ liệu ngoài + Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn) + 210 vị trí nhớ có thể định vị bit + 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia * Vi điều khiển AT89C51 AT89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao ,công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4KB bộ nhớ ROM Flash xóa được lập trình được.Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao của Atmel Đặc điểm của AT89C51 như sau: + 4kB EPROM bên trong + 128 Byte RAM nội + Giao tiếp nối tiếp + 64kB vùng nhớ mã ngoài + 64kB vùng nhớ dữ liệu ngoài + Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn) + 210 vị trí nhớ có thể định vị bit + 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia Nhận xét: Vi điều khiển AT89S51 và AT89C51 có cấu trúc hoàn toàn giống nhau chỉ khác nhau về bộ nhớ bên trong .Trong đồ án này nhóm chúng em sử dụng IC AT89C51 để làm mạch II. Tìm hiểu về AT89C51 2.1.Sơ đồ chân AT89C51 Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 18 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] Hình 5.3.Sơ đồ chân của IC AT89C51 Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 19 - Khoa Điện Tử -Đồ án môn học 1 [Year] Sơ đồ khối của AT89C51 Hình5.4. Sơ đồ khối của AT89C51 Mạch đo nhiệt độ dùng họ IC 8051 Trang - 20 - Tải về bản full