Thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính

lêi nãi ®Çu ViÖc øng dông m¸y tÝnh vµo kÜ thuËt ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn ®· ®em l¹i cho con ng­êi nh÷ng kÕt qu¶ hÕt søc ­u viÖt . Trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n suÊt c«ng nghiÖp hiÖn nay , nhÊt lµ trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim , chÕ biÕn thùc phÈm . . . vÊn ®Ò ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é ®Æc biÖt ®­îc chó träng ®Õn v× nã lµ mét yÕu tè chÊt l­îng hÕt søc quan träng . C¸c thiÕt bÞ hÖ thèng ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn ghÐp nèi víi m¸y tÝnh cã ®é chÝnh x¸c cao , thêi gian thu thËp sè liÖu ng¾n , nh­ng ®iÒu ®¸ng quan t©m h¬n lµ møc ®é tù ®éng ho¸ trong viÖc thu thËp vi xö lý kÕt qu¶ ®o . N¾m ®­îc tÇm quan träng cña viÖc khèng chÕ nhiÖt ®é trªn do vËy em ®· xin nhËn ®Ò tµi tiÕn hµnh nghiªn cøu ®o vµ khèng chÕ nhiÖt tù ®éng b»ng m¸y tÝnh cã sö dông vi ®iÒu khiÓn 8051 víi môc ®Ých nh»m gãp phÇn gi¶i quyÕt ®­îc nh÷ng yªu cÇu trªn vµ lÊy ®ã lµm ®Ò tµi tèt nghiÖp cho chÝnh m×nh . ChÝnh v× vËy sau khi nhËn ®­îc ®Ò tµi “ ThiÕt kÕ ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é tù ®éng b»ng m¸y tÝnh ” em ®· vËn dông tÊt c¶ c¸c kiÕn thøc vµ n¨ng lùc ®· tÝnh luü trong suèt gÇn n¨m n¨m häc ë nhµ tr­êng vµ nghiªn cøu thªm vÒ phÇn xö lý 8051 ®Ó hoµn thµnh ®­îc b¶n ®å ¸n nµy víi mong muèn sau khi ra tr­êng sÏ cã mét kiÕn thøc s©u h¬n vµ gãp phÇn vµo sù ph¸t triÓn cña n­íc nhµ . Nh÷ng kÕt qu¶ vµ kiÕn thøc em tÝch luü ®­îc h¼n ch­a nhiÒu nªn trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi tèt nghiÖp cßn cã nhiÒu sai sãt vµ rÊt thiÕu kinh nghiÖm do ®ã rÊt mong ®­îc sù gãp ý vµ bæ sung cña c¸c thÇy c¸c c« vµ c¸c b¹n ®äc ®Ò tµi nµy. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy NguyÔn Quèc Trung ®· tËn t×nh gióp ®ì em ®Ó hoµn thµnh tèt ®Ò tµi nµy . MÆc dï ®· cã nhiÒu cè g¾ng song ch¾c kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt , do ®ã rÊt mong ®­îc sù gãp ý bæ xung vµ phª b×nh cña quý thÇy c« vµ c¸c b¹n . Mét lÇn n÷a em xin ch©n thµnh c¸m ¬n tíi nh÷ng ng­êi ®· gióp em hoµn thµnh ®Ò tµi tèt nghiÖp nµy . Hµ néi ngµy.....th¸ng..... n¨m..... Sinh viªn thùc hiÖn PhÇn mét t×m hiÓu vÒ 8051 Ch­¬ng I Bé vi ®iÒu khiÓn 8051 I/ Tæng quan vÒ bé vi ®iÒu khiÓn 8051 1)§Þnh nghÜa : Bé vi ®iÒu khiÓn 8051 hay cßn gäi lµ bé vi xö lý ®­îc cÊu t¹o lµ mét vi m¹ch sè mËt ®é cùc lín lµm viÖc theo ch­¬ng tr×nh tøc theo nguyªn t¾c nhËn lÖnh tõ bªn ngoµi vµ thùc hiÖn lÖnh ®ã. Bé vi xö lý lµ mét hÖ thèng thao t¸c trªn c¸c bit 0 vµ 1, nh­ng b¶n th©n hÖ thèng kh«ng gi¶i quyÕt ®­îc vÊn ®Ò g× c¶, mµ bµi to¸n chØ ®­îc gi¶i khi bé vi xö lý thùc hiÖn tÊt c¶ c¸c ch­¬ng tr×nh øng dông mµ ng­¬i lËp tr×nh ®­a vµo. 2) Sù ph¸t triÓn cña bé ®iÒu khiÓn 8051 Sù ph¸t triÓn cña kÜ thuËt vi xö lý g¸n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña bé vi ®iÒu khiÓn. Intel h·ng s¶n xuÊt bé vi sö lý ®Çu tiªn vµ lµ h·ng cã bé vi ®iÒu khiÓn lín nhÊt vµ phong phó nhÊt. Trong c¸c hä vi ®iÒu khiÓn 8 bÝt hµng ®Çu th× 8051 cã sè l­îng lín nhÊt vµ cã nhiÒu h·ng cung cÊp nhÊt. Nhµ cung cÊp lÇ nhµ s¶n xuÊt bªn c¹nh nhµ s¸ng chÕ bé vi ®iÒu khiÓn ®èi víi 8051 th× nhµ s¸ng chÕ lµ Intel. Nh­ng hiªn nay cã rÊt nhiÒu h·ng cung s¶n xuÊt. C¸c h·ng nµy gåm Intel , Atmel , Philips/ Signetics , AMD , Simens , Matra , Pallas... N¨m 1981 h·ng Intel cho ra m¾t bé vi ®iÒu khiÓn ®­îc gäi lµ 8051. Bé vi ®iÒu khiÓn nµy lµ mét vi m¹ch tæng qu¸t cña hä MCS – 51 , bé vi ®iÒu khiÓn nµy cã c¸c thèng sè vµ c¸c ®Æc tr­ng nh­ sau. 4KB ROM . 128 byte RAM. 4 port xuÊt nhËp ( 4 cæng vµo/ra) 8bÝt . 2bé ®Þnh thêi 16 bÝt . M¹ch giao tiÕp nèi tiÕp . Kh«ng gian nhí ch­¬ng tr×nh ( m·) ngoµi 64K . - Bé xö lý bÝt . - 210 vÞ trÝ nhí ®­îc ®Þnh ®Þa chØ , mçi vÞ trÝ 1 bÝt . - Nh©n / chia trong 4ms . 8051 ®· trë nªn rÊt phæ biÕn sau khi Intel cho phÐp c¸c nhµ s¶n xuÊt kh¸c s¶n xuÊt vµ b¸n bÊt k× biÕn d¹ng nµo cña 8051 nh­ng víi ®iÒu kiÖn hä ph¶i m· ch­¬ng tr×nh t­¬ng thÝch víi 8051 mÆc dï do c¸c h·ng s¶n xuÊt kh¸c nhau nªn tèc ®é vµ dung l­îng nhí cña ROM trªn chÝp lµ kh¸c nhau nh­ng tÊt c¶ c¸c lÖnh ®ã ®Òu t­¬ng thÝch víi 8051 ban ®Çu. C¸c th«ng sè cña 8051 §Æc tÝnh Sè l­îng ROM 4K byte RAM 128 byte Bé ®Þnh thêi 2 Ch©n vµo / ra 32 Cæng nèi tiÕp 1 Nguån ng¾t 6 3) S¬ ®å chøc n¨ng 8051 . Bé vi ®iÒu khiÓn 8051 lµ thµnh viªn ®Çu tiªn cña hä 8051 nã bao gåm c¸c thµnh phÇn sau : Bé vi sö lý , bé nhí vµ c¸c thiÕt bÞ vµo ra ngoµi ra cßn c¸c m¹ch phô trî kh¸c tuú theo tõng lo¹i cña bé vi ®iÒu khiÓn 8051 . Ng¾t ngoµi Bé t¹o dao ®éng Bus ®iÒu khiÓn 4 cæng vµo ra Cæng nèi tiªp CPU §/khiÓn ng¾t RAM on chip ROM On chip ch­¬ng tr×nh ETC Timer0 Timer1 Vµo Bé ®Õm P0 P1 P2 P3 TXD RXD §Þa chØ d÷ liÖu s¬ ®å khèi bé vi ®iÒu khiÓn 8051 * CPU Cßn ®­îc gäi lµ bé xö lý trung t©m nã ®IÒu khiÓn mäi ho¹t ®éng cña hÖ vµ ho¹t ®éng theo ch­¬ng tr×nh ®IÒu khiÓn cã s½n * Bé nhí Bé nhí lµ n¬i chøa ch­¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu nã bao gåm cã bé nhí trong vµ bé nhí ngoµi . + Bé nhí trong bao gåm 2 thµnh phÇn ROM vµ RAM ROM ( Read only memory ) : Lµ bé nhí cè ®Þnh cã ®Æc ®iÓm th«ng tin chØ cã thÓ ®äc th«ng tin ra vµ th«ng tin kh«ng bÞ mÊt khi mÊt ®iÖn. Bé nhí ROM ®­îc dïng ®Ó chøa ch­¬ng tr×nh chÝnh hoÆc chøa ch­¬ng tr×nh ®iÒu hµnh hay ch­¬ng tr×nh h­íng dÉn. RAM (.................) lµ bé nhí ®éng cã ®Æc ®iÓm lµ th«ng tin cã thÓ ghi hoÆc ®äc ra mét ra mét c¸ch tuú ý vµ th«ng tin ®ã sÏ bÞ mÊt ®i khi mÊt ®iÖn. RAM ®­îc sö dông ®Ó n¹p phÇn cßn l¹i cña hÖ ®iÒu hµnh tõ ®Üa khëi ®éng hoÆc n¹p vµo c¸c ch­¬ng tr×nh øng dông tõ bé nhí ngoµi, l­u tr÷ sè liÖu vµ tr¹ng th¸i hÖ thèng trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. + Bé nhí ngoµi gåm b¨ng tõ, ®Üa tõ... ®­îc sö dông nhiÒu v× gi¸ thµnh rÊt rÎ vµ ®­îc dïng ®Ó l­u tr÷ th«ng tin vµ d÷ liÖu Cæng vµo ra + Thùc hiÖn trao ®æi th«ng tin gi÷a CPU víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi nh­ bµn phÝm, chuét m¸y in... + §Ó tr¸nh cho CPU mÊt nhiÒu thêi gian cho c¸c cæng vµo/ ra th× trong c¸c m¸y tÝnh ng­êi ta sö dông c¸c bé xö lý gi¸ thµnh thÊp, chuyªn dông cho c¸c cæng vµo/ ra. V× vËy khi CPU ®ang bËn c¸c bé xö lý vµo ra vÉn cã thÓ lµm c«ng viÖc cña nã. C¸c Bus C¸c ®­êng d©y dïng ®Ó truyÒn song song c¸c tÝn hiÖu cã cïng chøc n¨ng vµ cã c¸c lo¹i Bus sau ®©y. + Bus ®Þa chØ: Lµ hÖ thèng c¸c d©y dÉn song song mµ CPU cÇn tíi ®Ó x¸c ®Þnh ®Þa chá cña c¸c thµnh phÇn trong qóa tr×nh lµm viÖc + Bus d÷ liÖu: Lµ hÖ thèng ®­êng truyÒn song song ®­îc dïng ®Ó trao ®æi d÷ liÖu gi÷a CPU víi c¸c thµnh phÇn bªn ngoµi vµ gi÷a c¸c thµnh phÇn víi nhau + Bus ®iÒu khiÓn: Gåm c¸c ®­êng d©y dïng ®Ó truyÒn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cÇn thiÕu gióp cho CPU ®iÒu khiÓn viÖc trao ®æi d÷ liÖu, xö lý sù cè vµ ®ång bé toµn hÖ thèng. II/ S¬ ®å, chøc n¨ng c¸c ch©n cña 8051 1) S¬ ®å ch©n cña 8051 2) Chøc n¨ng c¸c ch©n cña 8051 - ChÝp 8051 cã 40 ch©n trong ®ã cã 32 ch©n cã c«ng dông xuÊt/ nhËp tuy nhiªn 24 trong 32 ch©n nµy cã 2 môc ®Ých sö dông. Mçi mét ch©n nµy cã thÓ ho¹t ®éng xuÊt/nhËp nh­ mét ®­êng ®Þa chØ/d÷ liÖu cña bus ®Þa chØ/d÷ liÖu ®a hîp, 32 ch©n nµy h×nh thµnh 4 port 8 bÝt. 8 ch©n cho mét bort vµ cã thÓ sö dông nh­ mét ®¬n vÞ giao tiÕp song song nh­ m¸y in, bé biÕn ®æi DA... - C¸c ch©n cßn l¹i dµnh cho nguån Vcc , ®Êt GND, c¸c ch©n dao ®éng XTAL1. 3) Nhãm ch©n cæng vµo ra Bèn cæng vµo ra Port0, Port1, Port2, Port3, ®Ìu cã 8 ch©n vµ t¹o thµnh cæng 8 bÝt . Khi Reset th× tÊt c¶c c¸c cæng lµm nhiÖm vô ®Çu ra cßn ®Ó lµm nhiÖm vô ®Çu vµo th× cÇn ph¶i lËp tr×nh. a) Cæng Port 0 Cæng Port0 Cã 8 ch©n (Ch©n tõ 32 ®Õn 39) b×nh th­êng ®©y lµ cæng ra, vµo hoÆc ra nh­ng nã cã hai t¸c dông trong c¸c thiÕt kÕ tèi thiÓu th× Port 0 ®­îc sö fông lµm nhiÖm vô xuÊt nhËp cßn trong c¸c thiÕt bÞ lín h¬n th× Port trë thµnh bus ®Þa chØ vµ bus d÷ liÖu ®a hîp. b) Cæng Port 1 Cæng Port 1 còng cã c¸c ch©n ( C¸c ch©n tõ 1 ®Õn 8) c¸c ch©n nµy chØ cã mét t¸c dông lµ dïng ®Ó giao tiÕp víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi (lµm ®­êng xuÊt nhËp hoÆc lµm c¸c ngâ vµo cho c¸c m¹ch dÞch thêi thø 3). §Ó chuyÓn cæng port 1 thµnh ®Çu vµo cÇn lËp tr×nh b»ng c¸ch ghi 1 ®Õn tÊt c¶ c¸c bÝt cña cæng. c) Cæng port 2 Cæng Port 2 cã 8 ch©n( tõ ch©n 24 ®Õn ch©n 28) cã thÓ ®­îc sö dông lµm ®Çu vµo hoÆc ®Çu ra. Cæng nµy cã hai chøc n¨ng lµ chuyÓn ®Þac hØ vµ d÷ liÖu, byte ®Þa chØ cao cña bus ®Þa chØ 16 bÝt cho c¸c thiÕt kÕ cã bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi . d) Cæng Port 3 Cæng Port cã 8 ch©n tõ ch©n 10 ®Õn ch©n 17. Cæng nµy cã thÓ ®­îc sö dông lµm ®Çu vµo hoÆc ®Çu ra. Khi kh«ng lµm nhiÖm vô xuÊt nhËp th× nã sÏ cã c¸c chøc n¨ng riªng liªn quan ®Õn c¸c ®Æc trung cô thÓ cña 8051 , tuy nhiªn cæng Port3 cßn cã mét chÊc n¨ng quan träng kh¸c lµ cung cÊp mét sè tÝn hiÖu ®Æc biÖt ch¼ng h¹n nh­ ng¾t. B¶ng chøc n¨ng cña cæng Port3 BÝt Tªn §Þa chØ bÝt Chøc n¨ng P3.0 RXD B0H Ch©n nhËn d÷ liÖu cña Port nèi tiÕp P3.1 TXD B1H Ch©n ph¸t d÷ liÖu cña Port nèi tiÕp P3.2 INT0 B2H Ngâ vµo ng¾t ngoµi 0 P3.3 INT1 B3H Ngâ vµo ng¾t ngoµi 1 P3.4 T0 B4H Ngâ vµo cña bé ®Þnh thêi / ®Õm 0 P3.5 T1 B5H Ngâ vµo cña bé ®Þnh thêi / ®Õm 1 P3.6 WR B6H §iÒu khiÓn ghi bé nhí d÷ liÖu ngoµi P3.7 RD B7H §iÒu khiÓn ®äc bé nhí d÷ liÖu ngoµi 4) Nhãm ch©n nguån dao ®éng vµ ®iÒu khiÓn a) Nhãm ch©n nguån + Ch©n Vcc: Ch©n 40 cung cÊp ®iÖn ¸p nguån +5V cho chÝp + Ch©n GND: Ch©n sè 20 lµ cung cÊp nguån ©m (lµ ch©n m¸t) b) Nhãm ch©n dao ®éng Nhãm ch©n XTAL1 vµ XTAL2 lµ c¸c ch©n 18 vµ 19 cña chÝp 8051 hiÖn t¹i ®· cã m«t bé dao ®éng ®ång hå ë bªn ngoµi dïng ®Ó kÝch ho¹t vµ hai ch©n nµy cÇn ®­îc nèi víi bé dao ®éng th¹ch anh ë ngoµi va khi ®ã ®­îc m¾c víi c¸c tô æn ®Þnh tÇn sè dao ®éng cho th¹ch anh . TÇn sè danh ®Þnh cña th¹ch anh lµ 12 MHz cho tÊt c¶ hä vi ®iÒu khiÓn 8051 . Bé dao ®éng t¹o xung ®ång hå kh«ng nhÊt thiÕt lµ bé dao ®éng dïng th¹ch anh mµ còng cã thÓ dïng bé dao ®éng TTL khi ®ã dao ®éng ®­îc nèi tíi ch©n XTAL1 cßn ch©n XTAL2 ®Ó hë . c) Nhãm ch©n ®iÒu khiÓn . + Ch©n RESET ( ch©n sè 9 ) lµ ch©n khëi ®éng l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu cña hÖ thèng . Khi cã xung cao ®Æt tíi ch©n nµy th× bé vi ®iÒu khiÓn 8051 sÏ kÕt thóc mäi ho¹i ®éng hiÖn t¹i vµ tiÕn hµnh khëi ®éng l¹i . Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra hoµn toµn t­¬ng tù nh­ khi bËt nguån vµ khi ®ã mäi gi¸ trÞ trªn thanh ghi ®Òu bÞ xo¸ hÕt + Ch©n EA ( Ch©n sè 31 ) Lµ ch©n truy xuÊt ngoµi cã thÓ ®­îc nèi víi +5V khi cã møc logic1 vµ nèi ®Êt khi cã møc logic 0 . NÕu cã møc logic 1 th× nã sÏ thùc thi ch­¬ng tr×nh trong ROM . NÕu cã møc logic 0 vµ ch©n PSEN còng ë møc 0 th× ch­¬ng tr×nh cÇn thùc thi chøa ë bé nhí ngoµi v× trong chÝp kh«ng cã bé nhí ch­¬ng tr×nh . + Ch©n PSEN (ch©n 29 ) Lµ ch©n ra cã chøc n¨ng cho phÐp cÊt ch­¬ng tr×nh 1 vµ cho phÐp bé nhí ch­¬ng tr×nh cung cÊp cho ta 4 tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn bus vµ lµ tÝn hiÖu xuÊt trªn ch©n nµy vµ ®©y còng lµ tÝn hiÖu cho phÐp truy xuÊt bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi vµ ®­îc nèi víi OE . TÝn hiÖu PSEN ë møc logic 0 khi thùc hiÖn thêi gian t×m n¹p lÖnh . TÝn hiÖu PSEN ë møc logic 1 khi thùc hiÖn 1 ch­¬ng tr×nh chøa ë ROM . + Ch©n chèt ®Þa chØ ALE ( Ch©n 30 ) . Lµ ch©n cã møc tÝch cùc cao vµ lµ ch©n xuÊt tÝn hiÖu cho phÐp xuÊt ®Þa chØ ALE . Khi pát ®­îc chän lµm bus ®Þa chØ / d÷ liÖu thi ch©n ALE xuÊt tÝn hiÖu ®Ó chèt ®Þa chØ vµ sau khi chèt c¸c ch©n cña port sÏ xuÊt / nhËp d÷ liÖu hîp lÖ trong suèt 1/2 thø 2 cña chu k× bé nhí . Ch©n ALE cßn ®­îc sö dông ®Ó ph©n kªnh ®Þa chØ vµ d÷ liÖu b»ng c¸ch nèi tíi ch©n G cña chÝp 74LS373 . TÝn hiÖu ALE cã tÇn sè b»ng 1/6 tÇn sè cña m¹ch dao ®éng , ch©n ALE cßn dïng lµm ch©n nhËn xung ngâ vµo lËp tr×nh cho EDROM . 5) CÊu tróc cña port xuÊt nhËp . s¬ ®å m¹ch bªn trong cña c¸c port xuÊt / nhËp . ViÖc ghi ®Õn 1 ch©n cña port sÏ n¹p dung l­îng vµo bé chèt cña port , ngâ ra Q cña bé chèt ®iÒu khiÓn 1 tr¹m tr­êng vµ transitor nµy nèi víi ch©n cña port . Kh¶ n¨ng fan out cña c¸c port 1 , 2 vµ 3 lµ 4 t¶i vi m¹ch TTL lo¹i Schottky c«ng suÊt thÊp cßn cña 0 lµ 8 t¶i lo¹i Shottky c«ng suÊt thÊp . Trong ®ã 8051 internal bus : §­êng truyÒn bªn trong cña 8051 . Read latch : §äc bé chèt . Internal pull up : KÐo lªn bªn trong . Read pin : §äc ch©n port . port pin : Ch©n port . Write to latch : Ghi vµo bé chèt . 6) Truy suÊt bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi . Bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi lµ bé nhí chØ ®äc vµ ®­îc cho phÐp bëi tÝn hiÖu PSEN . Khi cã 1 EPROM ngoa× ®­îc sö lý th× c¶ 2 port 0 vµ 1 ®Òu kh«ng cßn lµ c¸c port xuÊt nhËp . S¬ ®å 8051 truy xuÊt víi bé nhí ngoµi . Port0 8051 EA ALE Port2 PSEN D0 ¸ D7 RAM (1kbyte) A0 ¸ A7 A18¸A15 OE D Q G Khi bé nhí ngoµi ®­îc sö dông th× port kh«ng lµm nhiÖm vô cña port xuÊt / nhËp , port nµy trë thµnh bus ®Þa chØ ( A0 ¸ A7 ) vµ bus d÷ liÖu ( P0 ¸ P7 ) ®a hîp . Ngâ ra ALE chèt byte thÊp cña ®Þa chØ ë thêi ®iÓm b¾t ®Çu mçi mét chu kú bé nhí ngoµi . Cßn port 2 th­êng ®­îc dïng lµm byte cao cña bus ®Þa chØ . Sù x¾p xÕp ®a hîp cã ho¹t ®éng lµ 1/2 chu kú ®Çu cña chu kú bé nhí , byte thÊp cña ®Þa chØ ®­îc cung cÊp bëi port 0 vµ ®­îc chèt nhê tÝn hiÖu ALE . M¹ch chèt 74HC374 gi÷ cho byte cña ®Þa chØ æn ®Þnh trong c¶ chu kú bé nhí . Trong 1/2 chu ky sau cña chu kú bé nhí port 0 ®­îc sö dông lµm bus d÷ liÖu vµ khi ®ã d÷ liÖu ®­îc ®äc hay ghi . 7) Truy suÊt bé nhí d÷ liÖu ngoµi . S¬ då cÊu tróc sù truy suÊt cña 8051 vãi bé nhí d÷ liÖu ngoµi Port0 8051 AE ALE P2.0 P2.1 RD WR PSEN D0 ¸ D7 RAM (1kbyte) A0 ¸ A7 A8 A9 OE W CS D Q G NC Bé nhí d÷ liÖu ngoµi lµ bé nhí ®äc , ghi ®­îc cho phÐp bëi c¸c tÝn hiÖu RD , WR ë c¸c ch©n P3.7 , P3.6 . Bé nhí d÷ liÖu ngoµi cã thÓ giao tiÕp víi 8051 theo cïng c¸ch nh­ EPROM ngo¹i trõ ®­êng RD nãi víi cæng cho phÐp ( OE ) cña nã vµ WR nèi víi ®­êng ghi W cña RAM c¸c kÕt nèi bus d÷ liÖu vµ bus ®Þa chØ gièng nh­ EPROM còng b»ng c¸ch sö dông c¸c port ë møc cao th× d÷ liÖu ®­îc xuÊt ra ë port 0 . ë ®©y port 2 gi¶m bít ®­îc chøc n¨ng lµm nhiÖm vô cung cÊp byte cao cña ®Þa chØ trong c¸c hÖ thèng tèi thiÓu thµnh phÇn , hÖ thèng kh«ng dïng bé nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi vµ chØ cã 1 dungl­îng nhá bé nhí d÷ liÖu ngoµi. III/ ChÕ ®é ho¹t ®éng cña c¸c port nèi tiÕp Chøc n¨ng cña Port nèi tiÕp lµ thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi d÷ liÖu song song thµnh nèi tiÕp khi ph¸t vµ chuyÓn ®æi d÷ liÖu nèi tiÕp thµnh song song khi thu. C¸c m¹ch phÇn cøng bªn ngoµi truy xuÊt Port nèi tiÕp th«ng qua c¸c ch©n TxD (Ph¸t d÷ liÖu) vµ RxD ( thu d÷ liÖu) c¸c ch©n nµy ®a hîp víi hai ch©n cña bort 3 lµ P3.1 vµ P3.0 (RxD). §Æc tr­ng cña nã lµ ho¹t ®éng song c«ng (pull duplex) nghÜa lµ nã cã kh¶ n¨ng thu vµ ph¸t ®ång thêi ngoµi ra nã cßn cã ®Æc tr­¬ng n÷a lµ viÖc ®Öm d÷ liÖu khi thu cña bort nµy cho phÐp 1 ký tù ®­îc nh©n vµ l­u gi÷ trong bé ®Öm thu trong khi ký tù tiÕp theo ®­îc nh©n vµo. NÕu CPU ®äc ký tù thø nhÊt tr­íc khi ký tù thø 2 ®­îc nhËn ®Çy ®ñ th× d÷ liÖu sÏ kh«ng bÞ mÊt PhÇn II C¸c hÖ thèng ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é Ch­¬ng I : S¬ l­îc vÒ hÖ thèng cÇn thiÕt kÕ I/ ChØ tiªu kÜ thuËt - Th«ng sè cÇn ®o vµ khèng chÕ lµ ( 300C ¸ 800C ) . - Sai sè lµ ±10 II / M« h×nh vµ nguyªn t¾c ho¹i ®éng cña hÖ thèng . a) M« h×nh . Bé c¶m biÕn nhiÖt NhiÖt ®é PhÇn tö chÊp hµnh K ®¹i chuyÓn ®æi ADC 8051 M¸y tÝnh b) Nguyªn t¾c ho¹t ®éng . Khi nhiÖt ®é cÇn khèng chÕ thay ®æi th× bé c¶m biÕn ( Sensor ) sÏ nhËn ®­îc biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ®­a tíi bé khuyÕch ®¹i ®Ó ®­a ua bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù sang sè vµ ®­îc ®­a vµo bé vi ®iªï khiÓn 8051 ®· cã ch­¬ng tr×nh s½n ®Ó ®iÒu khiÓn vµ ®­îc kÕt nèi víi m¸y tÝnh cïng víi ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cña m¸y tÝnh th× vi ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh bªn ngoµi lµm cho c¸c phÇn tö thay ®æi theo ®óng yªu cÇu ®­îc ®Æt ra . III / Môc tiªu vµ nhiÖm vô . Môc tiªu Do nhu cÇu sö lý th«ng tin cña x· héi ngµy cµng cao viÖc x©y dùng mét hÖ thèng thu nhËp vµ sö lý chuyªn dông phôc vô cho th«ng tin vµ ®iÒu khiÓn lµ mét trong c¸c vÊn ®Ò ®ang ®­îc ®Ò cËp ®Õn , nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông gi¶m ®¸ng kÓ nh÷ng chi tiÕt kh«ng cÇn thiÕt vµ gi¶m tèi ®a nh©n lùc . Nh­ vËy hÖ thèng cña ta ph¶i cã c¸c ®Æc tÝnh sau . - Cã tÝnh mÒm dÎo . - Cã tÝnh më ( cã tÝnh më réng thªm cho hÖ thèng ) . - DÔ sö dông ( cµng ®¬n gi¶n cho ng­êi sö dông cµng tèt ) . - Gi¸ thµnh chÊp nhËn ®­îc . - Linh kiÖn dÔ t×m kiÕm . b) NhiÖm vô . Qua tiÕp xóc víi nhiÒu h·ng s¶n xuÊt næi tiÕng nh­ OMRON ... th× ta thÊy c¸c h·ng n¸y sö dông c¸c linh kiÖn rÊt khã thay thÕ , gÝa thµnh ®¾t . Do ®ã nhiÖm vô cña ®Ò tµi lµ em ph¶i x©y dùng ®­îc mét card giao tiÕp víi m¸y tÝnh qua cæng RS232 ( com 1 hoÆc com 2 ) thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng ®o vµ khèng chÕ nhiÖt ®é nh­ yÒu cÇu cña ®Ò tµi ®Æt ra vµ viÕt ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho card b»ng c¸c ng«n ng÷ sau - ASSENI BLER - C ( C th­êng ) . - Visual bazisc . Ch­¬ng II : ThiÕt kÕ phÇn cøng cña hÖ thèng I/ S¬ l­îc vÒ c¸c khèi cña hÖ thèng cÇn thiÕt kÕ . Bé c¶m biÕn nhiÖt ( Sensor ) . Bé c¶m biÕn lµ n¬i tiÕp nhËn vµ sö lý th«ng tin tr­íc khi ®­a vÒ trung t©m tiÕp tôc sö lý vµ ph¶n håi cho viÖc ®o ®Æc vµ tù ®éng ®iÒu khiÓn . ViÖc c¶m nhËn cña c¸c m¹ch c¶m biÕn nhiÖt rÊt quan träng do ®ã c¸c bé sensor ph¶i chÞu ®ùng ®­îc c¸c ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt vµ ph¶i cã ®é chÝnh x¸c cao . M¹ch khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu : C¸c tÝn hiÖu ra khái m¹ch c¶m biÕn lµ rÊt nhá do ®ã m¹ch khuyÕch ®¹i cã t¸c dông khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu tr­íc khi ®­a vµo bé biÕn ®æi ADC . M¹ch biÕn ®æi ADC : TÝn hiÖu ®­a vµo m¸y tÝnh lµ c¸c tÝn hiÖu cã d¹ng c¸c bÝt 0 hoÆc 1 do ®ã ta p¶i dïng m¹ch chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ t­¬ng tù sang sè . M¹ch 8051 : Lµ bé vi sö lý lµm viÖc theo ch­¬ng tr×nh ®· ®­îc lËp s½n vµ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi m¸y tÝnh . M¹ch ®iÒu khiÓn c¸c phÇn tö chÊp hµnh : Lµ m¹ch nhËn c¸c d÷ liÖu tõ 8051 vµ m¸y tÝnh sau ®ã ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh theo lÖnh ®· cã s½n . II / PhÇn cøng cña hÖ thèng . 1) S¬ l­îc vÒ cÊc cæng giao tiÕp gi÷a m¸y tÝnh víi card cÇn thiÕt kÕ . C¸c m¹ch nèi ghÐp vµo / ra gåm cã hai lo¹i phï hîp víi hai ph­¬ng thøc truyÒn sè liÖu sè song song vµ nèi tiÕp . Cæng ghÐp song song gåm 8 bit sè liÖu ®­îc truyÒn ®ång thêi, 8 bÝt nµy ®­îc chÝp vµo ra nhËn vµ truyÒn nã tíi vµ nã gåm cã 2 cæng lµ cæng 9 ch©n vµ cæng 25 ch©n ng­êi ta gäi nã lµ cæng com . Cæng ghÐp nèi tiÕp còng gièng nh­ cæng ghÐp nèi song song nh­ng 8 bÝt ë ®©y sÏ ®­îc truyÒn lÇn l­ît liªn tiÕp nhau vµ nã còng gäi lµ cæng com C¸c tiªu chuÈn cña RS -232 . D25 D9 TÝn hiÖu H­íng truyÒn M« t¶ 1 1 1 2 3 TD DTE DCE 3 2 RD DCE DTE 4 7 RTS DTE DCE 5 8 CTS DCE DTE 6 6 DRS DCE DTE 7 5 GND 8 1 DCO DCE DTE 20 4 DTR DTE DCE 22 9 RI DCE DTE 23 DSRD DCE DTE 2 ) Mét sè bé biÕn ®æi ADC th«ng dông . 2.1 ) s¬ l­îc vÒ bé biÕn ®æi ADC ADC Analog signal Digital signal TÝn hiÖu t­¬ng tù lµ c¸c ®¹i l­îng vËt lý tù nhiªn thay ®æi liªn tôc vµ cã thÓ nã nh­ lµ mét ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn mµ gi¸ trÞ biªn ®é cña nã thay ®æi liªn tôc theo thêi gian . TÝn hiÖu sè lµ mét ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn chøa th«ng tin hay vÞ trÝ c¸c xung hay sù thay ®æi biªn ®é ®ét ngét so víi tÝn hiÖu xung ®ång hå . TÝn hiÖu sè cã ­u ®iÓm lµ : TÝnh chèng nhiÔu cao tèc ®é xö lý cao , kh¶ n¨ng xö lý linh ho¹t... 2.2 ) Vi m¹ch TLC549 Vi m¹ch TLC549 lµ bé biÕn ®æi A/D 8 bÝt nã rÊt hÊp dÉn víi nh÷ng øng dông ®¬n gi¶n . Vi m¹ch nay cã 8 ch©n ra , tiªu thô dßng kh«ng ®¸ng kÓ nªn thÝch hîp víi dßng RS232 nèi tiÕp . Vi m¹ch TLC549 cã chøa bé gi÷ nhÞp cña hÖ thèng, khèi lÊy mÉu vµ gi÷, bé biÕn ®æi A/D 8bÝt > Vi m¹ch nµy cã 2 ch©n ra dïng ®Ó trao ®æi thong tin víi c¸c khèi chøc n¨ng cã tªn lµ I/O _CLK vµ data out, c¸c tÝn hiÖu ë ch©n nµy lµ t­¬ng thÝch cña TTL vµ lµm dÔ dµng viÖc trao ®æi th«ng tin víi c¸c thµnh viªn kh¸c t­¬ng øng S¬ ®å ch©n C¸c th«ng sè kÜ thuËt ®Æc tr­ng cho vi m¹ch TLC549 §é ph©n gi¶i 8 bÝt Cã lèi vµo ®iÖn ¸p so snhs vi ph©n Thêi gian biÕn ®æi 17ms LÊy mÉu vµ gi÷ trªn chÝp Thêi gian gi÷ nhÞp hÖ thèng bªn trong lµ 4Mhz §iÖn ¸p nguån nu«i lµ 5 V Dßng tiªu thô lµ 1,8mA 2.3) Vi mach ADC 0804 Vi m¹ch 0804 lµ mét bé biÕn ®æi A/D t¸c ®éng nhanh ®Çu ra d÷ liÖu 8 bit song song vµ ®Òu ®­îc t­¬ng thich víi TTL0 qua mét lèi vµo ®iÒu khiÓn, c¸c lèi ra cã thÓ chuyÓn sang tr¹ng th¸i ®iÖn trë cao do ®ã vi mach 0804 ®­îc ®ªm vµo mét bÝt d÷ liÖu. Ngoµi r a cac lèi vµo cßn ®­îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn ®äc ghi, lèi vµo Analog ®­îc vi ph©n ®iÖn ¸p ë c¶ hai ch©n + (ch©n 6), - (ch©n 7) ®­îc biÕn ®æi. Gi¶i ®iÖn ¸p ®Æt vµo nµy cã thÓ ®¹t ®Õn lµ 5 V. C¸c th«ng sè kÜ thuËt cña vi m¹ch ADC 0804 + Bus d÷ liÖu 8 bÝt + Cã lèi vµo Analog vi ph©n + D¶i ®iÖn ¸p tÝn hiÖu Analog lèi vµo lµ 0 ¸ 5 V + §iÖn ¸p nguån nu«i lµ 5 V + Dßng tiªu thô la 1,9 mA + Bé ph¸t xung n»m trªn chÝp S¬ ®å ch©n cña vi m¹ch ADC 0804 Khi sö dông vi m¹ch ADC0804 ®Ó ®o d¶i nhiÖt ®é th× vi m¹ch nµy cã thÓ sö dông ®Ó t¹o nªn bé biÕn ®æi A/D 8 bÝt víi tÝnh n¨ng chuyÓn ®æi ®­îc d¶i ®o bëi v× modul c¬ së quy ®Þnh ë lèi vµo vµ lèi ra t­¬ng thÝch TTL. C¸c bÝt d÷ liÖu tõ D0 ¸ D7 ®­îc truyÒn qua cæng nèi tiÕp do vËy nã sÏ cÇn thªm 1 xung Low ®Ó khëi t¹o cho c¸c d÷ liÖu ®­îc göi ®i vµ nã ®­îc t¹o ra nhê ®­êng dÉn d÷ liÖu lèi ra D0 cña modul. 2.4) ChÝp ADC 808/809 , 8 kªnh t­¬ng tù . Mét chÝp CMOS rÊt h÷u Ých cña h·ng Nationnal Semiconductor lµ ADC 808/809 rÊt gièng víi chÝp 0804 ®· nªu ë trªn. Nh­ng nã chØ kh¸c c¬ b¶n lµ chÝp nµy cã 8 kªnh ®Çu vµo t­¬ng tù lµm viÖc ®éc lËp víi nhau. Cho nªn nã cho phÐp gi¸m s¸t ®ång thêi 8 bé c¶m biÕn( Nã còng cã ®Çu ra d÷ liÖu 8 bÝt nh­ 0804, 8 kªnh ®Çu vµo t­¬ng tù ®­îc ®Çu ra vµ chon nhê 3 ch©n ®Þa chØ BC nh­ b¶n d­íi) C¸c th«ng sè kü thuËt cña chÝp ADC 808/809 Kh«ng ®ßi hái ®iÒu chØnh møc 0 QuÐt ®éng 8 kªnh b»ng logÝc ®Þa chØ T¸t c¶ c¸c tÝn hiÖu t­¬ng thÝch víi TTl D¶i tÇn sè xung clock lµ : (10Khz ¸ 1280Khz) Dßng tiªu thô lµ : 0,3 mA Thêi gian chuyÓn ®æi: 100ms DÔ dµng giao tiÕp víi c¸c bé vi xö lÝ hoÆc dung riªng Tèc ®é chuyÓn ®æi kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè xung §iÖn ¸p nguån nu«i lµ : +5V §iÖn ¸p ngâ vµo cña tÝn hiÖu t­¬ng tù lµ : (0 ¸ 5V). §iÖn ¸p ngâ vµo cña tÝn hiÖu t­¬ng tù lµ : (0 ¸ 5V). S¬ ®å ch©n cña ADC 808/809 ý nghÜa c¸c ch©n. - 8 ch©n ®Çu vµo (IN0 ¸ IN7) cho vµo c¸c tÝn hiÖu t­¬ng tù vµ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi c¸c ch©n ®Þa chØ A,B,C - 3 ch©n A, B, C lµ c¸c ch©n ®Þa chØ dïng ®Ó chän läc c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo IN0` ¸ IN7 - 8 ch©n ®Çu ra (D0¸D7) lµ c¸c ch©n d÷ liÖu ®Çu ra 8 bÝt song song - Ch©n ALE (ch©n 22) lµ ch©n cho phÐp chèt ®Þa chØ b»ng c¸ch ®­a mét xung thÊp lªn cao ®Ó chèt ®Þa chØ. - Ch©n Start ( ch©n 6) lµ ch©n cña xung b¾t ®Çu chuyÓn ®æi - Ch©n CLK ( ch©n 22) lµ ch©n cña xung ®ång hå - Ch©n VREF (Ch©n 12 cho Vref +, ch©n 16 cho Vref-) lµ c¸c ch©n cña ®iÖn ¸p tham chiÕu (+) vµ (-) - Ch©n OE ( ch©n 9): Khi ch©n nµy ë møc logÝc cao th× ADC 0809 sÏ cho ra sè liÖu ë c¸c ch©n d÷ liÖu D0¸D7. - Ch©n EOC (ch©n 7) + NÕu EOC ë møc thÊp th× ADC 0809 b¾t ®Çu qu¸ tr×nh lÊy mÉu + NÕu EOC ë møc cao th× ADC 0809 b¸o sè liÖu ë ®Çu ra cña nã ®· s½n sµng. C B A Kªnh lèi vµo ®­îc chän 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 ADC 0808/ 0809 cã 8 kªnh nèi vµo t¬ng tù ®­îc dÉn ®Õn c¸c ch©n IN0 ®Õn IN7 vµ 8 ®­êng dÉn d÷ liÖu 8 bÝt tõ D0 ¸ D7 . Do vËy ta cã tÓ ch¹o 1 trong 8 ch©n lèi vµo ®Ó thùc hiÖn chuyÓn ®æi tõ t­¬ng tù sang sè . MÉu bÝt ë c¸c lèi vµo ®Þa chØ A,B,C sÏ x¸c ®Þnh xem kªnh nµo ph¶i ®­îc lùa chän khi ®ã viÖc lùa chän sÏ tu©n thñ theo b¶ng tr¹ng th¸isau . Nguyªn t¾c lµm viÖc cña chÝp ADC 0808/0809 . Sau khi kÝch ho¹t s­ên d­¬ng cña xung ë ch©n start cña chÝp ADC 0808/0809 ®Ó chèt c¸c tÝn hiÖu chän lÖnh lµm viÖc th× khi ®è qu¸ tr×nh lÊy mÉu b¾t ®Çu lµm viÖc. sau s­ên d­¬ng cña xung ë ch©n Start th× chÝp ADC 0808/0809 sÏ ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu ra ë ch©n EOC xuèng møc thÊp ®Ó b¸o b¾t ®Çu qu¸ tr×nh lÊy mÉu vµ sau 1 kho¶ng thêi gian cì 100ms th× qu¸ tr×nh 1 lÊy mÉu kÕt thóc tÝn hiÖu ra ë ch©n EOC lªn møc cao ®Ó b¸o sè hiÖu ra ë ®Çu ra ®· s·n sµng . Khi nhËn ®­îc tÝn hiÖu ë EOC lªn møc cao th× tÝn hiÖu OE sÏ ph¶i lªn møc cao vµ khi ®ã d÷ liÖu sÏ ®­îc ®­a ra ë c¸c ®Çu ra tõ D0 ¸D7 . Khi ta thay ®æi c¸c tÝn hiÖu A,B,C th× chÝp ADC 0808/0809 sÏ trÝch mÉu lÇn l­ît 8 kªnh lèi vµo cña tÝn hiÖu t­¬ng tù do ®ã tÝn hiÖu lÊy mÉu cña mçi kªnh lµ 125ms . NÕu c¶ 8 kªnh lèi vµo cïng ho¹t ®éng mét lóc th× tÝn hiÖu lÊy mÉu sÏ lµ 125mx8=1ms . Do vËy ®Ó chøa ADC 0808/0809 lµm viÖc æn ®Þnh th× ch©n VREF + = +5v cßn ch©n VREF- = 0v vµ khi ®ã ®ång thêi ph¶i ®­a 1 xung ®ång hå riªng tíi ch©n CLK cña chÝp . 3) M¹ch khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu . Bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ( khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu ) ngµy nay ®· ®­îc sö dông rÊt phæ biÕn vµ nã ®­îc ®ãng thµnh 1 khèi cã s½n trong ®ã cã chøa c¸c bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n , nã cã thÓ tõ 1,2 hoÆc 4 bé trong 1 khèi gäi lµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n . 3.1) Bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n TL084. TL 084 lµ bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n kÐp 4 . Vi m¹ch nµy tá ra lµ ®Æc biÖt thÝch hîp ®èi víi c¸c bé tÝch ph©n nh¸nh c¸c bé khuyÕch ®¹i , c¸c bé läc tÝch cùc vµ trong c¸c m¸y ®o . D¶i ®iÖn ¸p nguån nu«i + 3v… +18v. §iÖn ¸p offset VOS (max )15mV. Dßng tÜnh lèi vµo IB (max) 400pA . §é réng gi¶i khuyÕch ®¹i GWB 3MHz . Tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p 13 V/ ms . §iÖn trë lèi vµo > 102 W. Dßng tiªu thô (max) 11,2mA . S¬ ®å s¾p xÕp ch©n ra cña bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n . S¬ ®å m¹ch khuyÕch ®¹i . TÝnh to¸n vµ chän linh kiÖn Khi ë t0 300 sensor th× nhiÖt cho ®iÖn ¸p 3v. t0 800 sensor th× nhiÖt cho ®iÖn ¸p 3,5v. Nh­ ®· ®­îc Ên ®Þnh ë m¹ch c¶m biÕn nhiÖt LM335 do vËy ta cã Uvµo = 3v diÖn ¸p nµy ®­îc ®­a vµo tÇng khuyÕch ®¹i ®Çu tiªn cã hÖ sè khuyÕch ®¹i K1 = 1 nh»m t¨ng ®­îc trë kh¸nh ®Çu vµo cho tÇng khuyÕch ®¹i ®iÖn ¸p thø 2. U1 = K1 . Uvµo = 3V TÇng thø 2 lµ mét m¹ch trõ nã cã hÖ sè khuyÕch ®¹i lµ . . R6 lµ biÕn trë cã nhiÖm vô ®iÒu chØnh gi¸ trÞ ®iÖn ¸p U2 = 3v khi nhiÖt ®é cÇn ®o ®ã lµ 300C. Do ®ã ta cã thÓ chän R6 =10 KW. Theo gi¸ trÞ mµ ta ®· Ên ®Þnh th× khi nhiÖt ®é ë 800C th× ®iÖn ¸p cña Sensor nhiÖt lµ 3,5V vµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo cè ®Þnh lµ 5V. Do vËy ta x¸c ®Þnh hÖ sè khuyÕch ®¹i cña tÇng thø 2 lµ K2. mµ Ta chän ChiÕt ¸p R7 cã nhiÖm vô ®iÒu chØnh gi¸ trÞ offset cña m¹ch tÇng thø 3 cã hÖ sè khuyÕch ®¹i K = 10 tÇng nµy ®­îc kÝch ho¹t nh»m t¨ng kh¶ n¨ng khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu cña m¹ch ®Çu vµo khi mµ ta cÇn më réng d¶i nhiÖt ®é ®o. HÖ sè khuyÕch ®¹i cña c¶ 3 tÇng lµ. Ktæng = K1 x K2 x K3 = 1 x 10 x10 =100 lÇn. 3.2) Bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n LM324. Vi m¹ch LM324 chøa 4 tÇng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n trong 1 vá 14 ch©n linh kiÖn nµy tá ra lý t­ëng ®èi víi nh÷ng øng dông dïng nguån nu«i ®¬n gi¶n vµ s½n sµng ho¹t ®éng tõ ®iÖn ¸p nguån nu«i 3V – 15V v× thÕ vi m¹ch nµy ®ùc biÖt thÝch hîp víi nh÷ng m¹ch ®iÖn dïng nguån nu«i lµ pin. Mçi bé khuyÕch ®¹i ®Òu ®­îc bï trõ bªn trong. C¸c th«ng sè bªn trong. §iÖn ¸p nguån nu«i : 3v ¸15v. §iÖn ¸p offset Vos(max) : 7mV. Dßng tÜnh lèi vµo IB(max) : 250nA. D¶i ®iÖn ¸p lèi ra (nhá nhÊt) : 20mA… UB – 4,78V khi RL ³ 2kW. Dßng tiªu thô(max) : 3mA. S¬ ®å s¾p xÕp ch©n ra cña bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n . S¬ ®å m¹ch khuyÕch ®¹i. ViÖc tÝnh to¸n t­¬ng tù nh­ ë bé khuyÕch ®¹i TL084. Bé khuyÕch ®¹i LM324 cã c«ng suÊt nhá h¬n TL084. Do ®ã ë nh÷ng m¹ch cÇn cã c«ng suÊt lín ta kh«ng dïng LM324 do vËy ë ®Ò tµi nµy cña ta sÏ hän bé khuyÕch ®¹i TL084. 4) M¹ch chèt d÷ liÖu 74LS374 IC nµy cã nhiÖm vô chèt c¸c bit d÷ liÖu ®Þa chØ cña kªnh b¸o hiÖu. S¬ ®å cÊu t¹o ch©n cña IC 74LS374 Chøc n¨ng cña c¸c ch©n . Ch©n(3,4,7,8,13,14,17,18) lµ c¸c ch©n cña bÝt ®Þa chØ d÷ liÖu ®Çu vµo. Ch©n (2,5,6,9,12,15,16,19) lµ c¸c ch©n ®Ó ®­a d÷ liÖu ra ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c phÇn tö chÊp hµnh . Ch©n 11 : Ch©n nhËn xung ®ång hå ®iÒu khiÓn . Ch©n1 : Ch©n nhËn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn chèt . Ch©n10: Ch©n ®Êt . Ch©n 20: Ch©n nèi víi (+) nguån. S¬ ®å m¹ch ®iÖn. Nguyªn t¾c lµm viÖc . Trong qu¸ tr×nh so s¸nh gi÷a nhiÖt ®é ®o víi nhiÖt ®é ®Æt , nÕu nhiÖt ®é ®o ®­îc mµ lín h¬n nhiÖt ®é ®Æt th× tÝn hiÖu b¸o hiÖu sÏ ®­îc truyÒn ra cæng d÷ liÖu cña chÝp vi sö lý 8051 vµ ®­îc ®­a vµo c¸c ch©n 3,4,7,8,13,14,17,18 cña IC74LS374 sau ®ã sÏ cã 1 bÝt ë møc logic cao t¸c ®éng vµo ch©n 11 ®Ó ®­a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ra c¸c ch©n 2,5,6,9,12,15,16,19 t­¬ng øng lµ c¸c bÝt D0 , D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 , D7 vµ dïng ®iÒu khiÓn ®Ó më th«ng c¸c tran C828 , cho c¸c tran C828 nµy ®iÒu khiÓn c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh bªn ngoµi lµ c¸c Relay ®iÖn tõ cã nguån 12v nh­ng còng cã thÓ dïng c¸c phÇn tö kh¸c thay Relay. 5) M¹ch c¶m biÕn nhiÖt ®é. §Ó ®o ®­îc nhiÖt ®é ta cã rÊt nhiÒu c¸c ph­¬ng ph¸p ®o nh­ lµ cÆp nhiÖt ®iªn, c¶m biÕn nhiÖt sö dông IC nhiÖt ®iÖn trë kim lo¹i, c¶m biÕn th¹ch anh... ë ®©y cÆp nhiÖt ®é cã rÊt nhiÒu ­u ®iÓm lµ ®é chÝnh x¸c cao, gi¶i nhiÖt ®é sö dông lín cã thÓ tõ –2000C – 1700 C, thêi gian ®¸p øng nhanh, gi¸ thµnh ph¶i ch¨ng. Ngoµi ra ®­êng ®Æc tr­ng cña nã cã thÓ xem nh­ lµ tuyÕn tÝnh trong tõng d¶i tuyÕn tÝnh x¸c ®Þnh. Cßn IC ®« nhiÖt ®é lµ mét m¹ch tÝch hîp nhËn tÝn hiÖu nhiÖt ®é chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn d­íi d¹ng dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p. Dùa vµo ®Æc tÝnh rÊt nh¹y c¶m cña c¸c chÊt b¸n dÉn víi nhiÖt ®é ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn, tØ lÖ thuËn víi nhiÖt ®é. Do vËy khi ®o ®­îc tÝn hiÖu th× ta biÕt ®­îc gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é cÇn ®o. §Ó ®o ®­îc chÝnh x¸c tÊt nhiªn ta cÇn 1 ®Çu ®o tÝnh hîp. §Çu ®o lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®é cã nhiÖm vô chuyÓn nhiÖt ®é thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ®Ó ®­a vµo c¸c thiÕt bÞ ghÐp nèi kh¸c trong m¹ch do vËy nh­ ta ®· nªu ë trªn cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é nh­ng dùa vµo c¸c ®iÒu kiÖn thùc tÕ cña ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ trong ®Ò tµi nµy vµ dùa vµo c¶ lÝ thuyÕt cña m¹ch cÇn thiÕt kÕ ta quyÕt ®Þnh dïng ph­¬ng ph¸p do b»ng IC c¶m biÕn nhiÖt ®é. C¸c IC c¶m biÕn nhiÖt ®é cã ®é chÝnh x¸c cao, DÔ t×m, gi¸ thµnh rÎ. C¸c IC c¶m biÕn nhiÖt ®é cã rÊt nhiÒu lo¹i nh­ hä LM, DS1620... nh­ng do yªu cÇu cña hÖ thèng cÇn sö dông bé c¶m biÕn nhiÖt ®é cã nhiÖt ®é lµm viÖc tõ 00C- 100oC lµ ®­îc do vËy ë ®aay ta chØ nªu ra IC hä LM lµm IC c¶m biÕn nhiÖt cho m¹ch mµ ta cÇn thiÕt kÕ ®iÓn h×nh lµ IC LM35, LM34 LM135. a) S¬ l­îc vÒ ®o nhiÖt ®é b»ng ®Çu ®o LM35. §Çu ®o LM35 lµ mét ®Çu ®o ®Æc biÖt cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao m¹ch ®iªn sö dông ®Çu ®o cã tªn lµ LM35 lµ cña h·ng NTSC nã lµ mét ®Çu ®o nhiÖt ®é ®¬n gi¶n cã ®iÖn ¸p lèi ra tØ lÖ thuËn víi nhiÖt ®é cña ®Çu ®o tÝnh ra ®é C ( celsius ) . §Çu ®o LM35 kh«ng cÇn ®Õn c¸c linh kiÖn m¹ch ngoµi v× vËy kh«ng cÇn chuÈn l¹i ë nh÷ng nhiÖt ®é kh¸c nhau. §Çu ®o LM35 cã thÓ ho¹t ®éng c¶ víi ®iÖn ¸p nguån nu«i ®èi xøng vµ kh«ng ®èi xøng. Dßng ®iÖn tiªu thô chØ cì 60mA nªn cã thÓ bá qua sù t¨ng nhiÖt ®é ®Çu ®o dïng nu«i t¹o ra. S¬ ®å vi m¹ch LM 35. 4V ¸ 30V LM 35 10mV/0C GND C¸c th«ng sè cña vi m¹ch LM 35 - §Þnh thang trùc tiÕp theo (0C) - TÝnh hiÖu lèi ra b»ng 10mV/0C - §é chÝnh x¸c ®­îc ®¶m b¶o kh«ng kÐm h¬n: 0,50C - §é chÝnh x¸c trong vïng nhiÖt ®é phßng: 0,250C - §iÖn ¸p nguån nu«i 4v...30V - Dßng ®iÖn tiªu thô 60 mA - Møc ®é kh«ng tuyÕn tÝnh: Lo¹i 0,250C Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña c¶m biÕn nhiÖt hä LM 35 M· s¶n phÈm D¶i nhiÖt ®é §é chÝnh x¸c §Çu ra LM 35 A -550C ¸ 1500C + 10C 10MV/C LM 35 -550C ¸ 1500C + 1,50C 10MV/C LM 35 CA -400C ¸ 1100C + 10C 10MV/C LM 35 C -440C ¸ 1100C + 1,50C 10MV/C LM 35 D 0C ¸ 1000C + 20C 10MV/C b)S¬ l­îc vÒ ®o nhiÖt ®é b»ng ®Çu ®o LM 34 LM 34 lµ hä c¶m biÕn nhiÖt tÝch hîp cã ®é chÝnh x¸c cao, ®iÖn ¸p ®Çu ra tØ lÖ tuyÕn tÝnh víi nhiÖt ®é Fahrenheit. Hä LM 35 kh«ng yªu cÇu c¨n chØnh bªn ngoµi v× b¶n th©n vi m¹ch ®· ®­îc c¨n chØnh råi hä nµy cã ®iÖn ¸p ra thay ®æi 10mV øng víi thay ®æi nhiÖt ®é 10F. Th«ng sè kü thuËt chÝnh cña c¶m biÕn nhiÖt hä LM 34 M· s¶n phÈm D¶i nhiÖt ®é §é chÝnh x¸c §Çu ra LM 34 A -550F ¸ 3000C + 20F 10MV/C LM 34 -550F ¸ 3000C + 30F 10MV/C LM 34 CA -400F ¸ 2300C + 20F 10MV/C LM 34 C -440F ¸ 2300C + 30F 10MV/C LM 34 D -320F ¸ 2120C + 40F 10MV/C 6) M«dul c¬ së vµo/ ra 8 bÝt víi MAX 232 MAX 232 lµ modul c¬ së dïng ®ª ghÐp nèi tiÕp gi÷a m¸y tÝnh víi thiÕt bÞ vµo ra 8 bÝt. Modul nµy chøa vi m¹ch MAX 232 cña h·ng MAXIM ®Ó thÝch øng tÝnhiÖu ë møc(+12V,-12) trªn giao diÖn cña S 232. Vi m¹ch nµy nhËn møc RS 232 ®· ®­îc göi tõ m¸y tÝnh vµ biÕn ®æi tÝn hiÖu nµy thµnh tÝn hiÖu TTL. Do vËy modul nµy còng cho phÐp c¶ ®äc vµo còng nh­ ®­a ra tÝn hiÖu TTL qua giao diÖn nèi tiÕp cña m¸y tÝnh PC S¬ ®å ch©n cña vi m¹ch MAX 232 V× RS 232 kh«ng t­¬ng thÝch víi c¸c bé vi xö lý vµ ®iÒu khiÓn hiÖn nay nªn ta cÇn mét bé ®iÒu khiÓn ®­êng truyÒn (chuyÓn ®æi ®iÖn ¸p ) ®Ó chuyÓn c¸c tÝn hiÖu RS 232 vÒ møc ®iÖn ¸p TTL ®­îc c¸c ch©n TxD va RxD cña 8051 chÊp nhËn. Bé MAX 232 chuyÓn ®æi tõ c¸c møc ®iÖn ¸p RS 232 vÌ TTL vµ ng­îc l¹i, mét ®iÓm kh¸c cña chÝp MAX 232 ®ã lµ dïng ®iÖn ¸p nguån +5V cïng víi ®iÖn ¸p nguån nu«i cña 8051 MAX 232 cã 2 bé ®iÒu khiÓn ®­êng truyÒn lµ nhËn vµ truyÒn d÷ liÖu (nh­ s¬ ®å trªn).C¸c bé ®iÒu khiÓn ®­ên truyÒn dïng cho TxD ®­îc gäi lµ T1 vµ T2 trong nhiÒu øng dông th× chØ cã mét cÆp ®­îc dïng .VÝ dô T1 vµ R1 ®­îc dïng víi nhau trong tr­êng hîp TxD cña 8051 cßn cÆp E2 vµ T2 th× kh«ng dïng ®Õn . Chó ý bé ®iÒu khiÓn T1 cña chÝp MAX 232 cßn cã T1 IN vµ T1 OUT trªn c¸c ch©n 11 vµ 14 t­¬ng øng.Ch©n T1 IN lµ ë phÝa TTL vµ ®­îc nèi tíi ch©n RxD cña bé vi ®iÒu khiÓn cßn T1 OUT th× ë phÝa RS 232 ®­îc nèi tíi ch©n RxD cña ®Çu nèi DB cña RS 232 .Bé ®iÒu khiÓn ®­êng R1 còng cã g¸n R1 IN vµ R1 OUT trªn c¸c ch©n sè 12 vµ 13 t­¬ng øng.Ch©n R1 IN (ch©n sè 13) lµ ë phÝa RS 232 ®­îc nèi tíi ch©n TxD cña ®Çu nèi DB cña RS 232 vµ ch©n R1 OUT (ch©n sè 12) lµ ë phÝa TTL vµ ®­îc nèi tíi ch©n RxD cña bé vi®iÒu khiÓn. NÕu nèi ghÐp modem rçng lµ nèi hÐp mµ ch©n bªn ph¸t ®­îc nèi víi bªn thu vµ ng­îc l¹i. MAX 232 cßn cÇn cã 4 tô ®iÖn gi¸ trÞ tõ 1 ®Õn 22mF nh­ng th­êng dïng lµ 22mF vµ ë ®©y ta chän c¸c tô lµ 22mF. S¬ ®å m¹ch ghÐp cña 8051 víi MAX 232 vµ RS 232 8051 5 MAX232 11 2 P3.1(TxD) 10 3 4 3 P3.0 (RxD) 5 2 DB 9 ChÝp 8051 cã 2 ch©n chuyªn ®­îc dïng chuyªn cho truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu nèi tiÕp . Hai ch©n nµy lµ RxD vµ TxD lµ mét phÇn cña cæng Port 3 (®ã lµ P3.0 vµ P3.1 t­¬ng øng) P3.0lµ ch©n sè 10 cña 8051 cßn P3.1 lµ ch©n sè 11. C¸c ch©n nµy t­¬ng thÝch víi møc logic TTL .P0 vËy cÇn cã bé ®iÒu khiÓn ®­êng truyÒn ®Ó t­¬ng thÝch víi RS 232 ®ã lµ chÝp MAX mµ ta ®· tr×nh bµy ë trªn.