Mạch đếm và phân loại sản phẩm dùng vi xử lý PIC 16F877A giao tiếp máy tính

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 08510030059

LỜI MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiện tại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh đặt biệt

là sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần

được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như Vi xử lý, Vi mạch số… được

ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ với tốc

độ xử lý chậm, ít chính xác dần dần được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự

động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc phân loại tự động

là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt được việc phân loại

sản phẩm sẽ giúp tiết kiệm công sức, thời gian cho công nhân, cho sản phẩm đầu

ra. Và có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra

cho sản phẩm.

Để đáp ứng được yêu cầu phân loại tự động thì có nhiều cách để thực hiện. Việc

ứng dụng vi điều khiển PIC 16F877A vào việc phân loại tự động là phương pháp

tối ưu. Đồng thời được sự đồng ý của khoa Xây Dựng Và Điện, em đã ứng dụng nó

vào đề tài: “ Mạch đếm và phân loại sản phẩm dùng PIC 16F877A giao tiếp máy

tính”.

Giới hạn của đề tài:

Với thời gian 3 tháng thực hiện đề tài, cũng là thời gian có nhiều lễ hội nhất trong

năm, với trình độ và chuyên môn có hạng, em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tập

luận văn này đúng thời hạn do trường đặt ra. Tập luận văn này tập trung giải quyết

các vấn đề sau:

 Tìm hiểu về vi điểu khiển PIC16F877A.

 Thiết kế mạch đếm sản phẩm và mô hình băng chuyền.

 Viết chương trình phần mềm để đáp ứng yêu cầu phân loại sản phẩm.

Mục đích nghiên cứu:

Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là hoàn tất chương trình học và đủ điều

kiện ra trường.

Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là em muốn phát huy những thành quả ứng

dụng của Vi điều khiển PIC nhằm tạo ra những sản phẩm tốt hơn và đạt hiệu quả

sản xuất cao hơn.

………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………..………

……………………………………………………………………………..………

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn chỉnh được luận văn này, ngoài công sức nhỏ bé của em, đó

là công lao và sự tận tình giảng dạy, truyền thụ rất lớn của tất cả các Thầy Cô khoa

Xây Dựng Và Điện nói chung và các Thầy Cô giảng dạy bộ môn Điện-Điện Tử nói

riêng. Đặc biệt hơn cả, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với Ths. Lê

Minh Hải đã dành thời gian quý báo, tận tình giúp đỡ em thực hiện và hoàn thành

luận văn này đúng thời hạn.

Và xin chân thành cảm ơn những người bạn, những người thân đã giúp đỡ và động

viên tôi trong học tập và trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Cuối cùng, em xin chúc quý Thầy Cô trong khoa Xây Dựng Và Điện, các Thầy Cô

trong hội đồng bảo vệ và Thầy hướng dẫn Ths. Lê Minh Hải được dồi dào sức

khỏe.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059

MỤC LỤC

Lời mở đầu

Lời cảm ơn

Mục lục

Chương 1: DẪN NHẬP – PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1

1.1. Đặt vấn đề……………………………………………………………………….. 1

1.2. Phương án thiết kế………………………………………………………………. 1

1.2.1. Dùng IC số………………………………………………………………………

1.2.2. Dùng vi xử lý……………………………………………………………………

1

2

1.3. Mục đích yêu cầu của đề tài …………………………………………………… 2

1.4. giới hạn của đề tài………………………………………………………………. 3

Chương 2: GIỚI THIỆU VI XỬ LÝ PIC 16F877A 4

2.1. Tổng quan về vi xử lý PIC 16F877A……………………………………………. 4

2.1.1. PIC là gì ?………………………………………………………………………. 4

2.1.2. Đặc tính của vi xử lý PIC 16F877A…………………………………………… 4

2.2. Giới thiệu vi xử lý PIC 16F877A. ………………………………………………. 5

2.2.1. Đặc tính ngoại vi ………………………………………………………………. 5

2.2.2. Đặc tính Analog………………………………………………………………... 6

2.2.3. Đặc tính đặc biệt………………………………………………………………. 6

2.2.4. Công nghệ CMOS ……………………………………………………………. 7

2.3. Sơ đồ chân vi xử lý PIC 16F877A………………………………………………. 7

2.4. Sơ đồ khối vi xử lý PIC 16F877A ……………………………………………… 8

2.5. Tổ chức bộ nhớ…………………………………………………………………... 9

2.5.1. Bộ nhớ của chương trình …..…………………………………………………. 9

2.5.2. Bộ nhớ dữ liệu ………………...………………………………………………. 10

2.6. Các thanh ghi đặc biệt FSR ...................................……………………………. 11

2.7. Thanh ghi mục đích chung GPR..………………………………………………. 14

2.8. Stack……………………………...………………………………………………. 14

2.9. Các cổng xuất nhập của PIC 16F877A ...………………………………………. 15

2.9.1. PORTA…………………………………………………………………………. 15

2.9.2. PORTB…………………………………………………………………………. 16

2.9.3. PORTC…………………...……………………………………………………. 19

2.9.4. PORTD…………………………………………………………………………. 20

2.9.5. PORTE…………………………………………………………………………. 21

2.10. Tổng quan về một số đặc tính của CPU …...…………………………………. 22

2.10.1. Configuration bit...…………………………………………………………… 22

2.10.2. Các đặc tính của OSCILLATOR…..……………………….………………. 23

2.10.3. Các chế độ Reset……………………………………………………………… 24

2.11. Ngắt (Interrupt)………………………………………………………………… 26

2.12. Tập lệnh của Vi xử lý PIC..……………………………………………………. 29

2.12.1. Vài nét sơ lược về tập lệnh của Vi xử lý PIC..……………………………… 29

2.12.2. Tập lệnh……..………………………………………………………………… 31

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059

CHƯƠNG 3 : GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 38

3.1. Điện trở…………..………………………………………………………………. 38

3.1.1. Khái niệm………………………………………………………………………. 38

3.1.2. Hình dáng và ký hiệu………….………………………………………………. 38

3.1.3. Bảng quy ước màu của điện trở...……………………………………………. 38

3.1.4. Cách đọc………..………………………………………………………………. 39

3.2. Tụ điện……………………………………………………………………………. 39

3.2.1. Khái niệm tụ điện...……………………………………………………………. 39

3.2.2. Cấu tạo của tụ điện……………………………………………………………. 39

3.2.3. Phân loại tụ điện………………………………………………………………. 40

3.2.4. Điện dung - Đơn vị - Kí hiệu của tụ điện.……………………………………. 41

3.2.5. Sự phóng nạp – Cách đọc trị số - Ý nghĩa điện áp của tụ điện……………... 41

3.3. Diode………………..……………………………………………………………. 42

3.3.1. Khái niệm và cấu tạo của diode………………………………………………. 42

3.3.2. Hoạt động và phân cực cho diode……………………………………………. 43

3.3.3. Phân loại cho diode……………………………………………………………. 44

3.4. Cầu diode…………………………………………………………………………. 46

3.4.1. Sơ đồ chân……..………………………………………………………………. 46

3.4.2. Đặc tính cơ bản…………………...……………………………………………. 46

3.5. Transistor……………………...…………………………………………………. 46

3.5.1. Cấu tạo…….……………………………………………………………………. 46

3.5.2. Nguyên tắc hoạt động của Transistor...………………………………………. 46

3.5.3. Kí hiệu và hình dạng của Transistor ...………………………………………. 48

3.5.4. Xác định chân Transistor ………….…………………………………………. 49

3.6. Led…….……………………………….…………………………………………. 49

3.6.1. Khái niệm………………………………………………………………………. 49

3.6.2. Nguyên lý làm việc và cấu tạo của led…..……………………………………. 50

3.7. Led 7 đoạn………..………………………………………………………………. 51

3.7.1. Các khái niệm cơ bản…….……………………………………………………. 51

3.7.2. Cấu tạo……….....………………………………………………………………. 51

3.8. Led thu phát hồng ngoại...………………………………………………………. 52

3.8.1. Khái niệm tia hồng ngoại...……………………………………………………. 52

3.8.2. Công dụng từng loại ..…………………………………………………………. 52

3.9. Relay…………………...…………………………………………………………. 53

3.10. IC ổn áp…………………………………………………………………………. 53

3.10.1. Sơ đồ chân ……………………………………………………………………. 53

3.10.2. Đặc tính cơ bản……………………….………………………………………. 53

3.11. IC 74244…………………………………………………………………………. 54

3.11.1. Sơ đồ chân…….………………………………………………………………. 54

3.11.2. Đặc tính cơ bản………………………………………………………………. 54

3.12. Mosfet IRFZ44N…..……………………………………………………………. 54

3.12.1. Sơ đồ chân ……………………………………………………………………. 54

3.12.1 Đặc tính cơ bản ………………………………………………………………. 54

3.13. IC MAX232…………………..…………………………………………………. 55

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059

CHƯƠNG 4 : SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MẠCH 56

4.1. Khối nguồn………………………………….……………………………………. 56

4.2. Khối cảm biến……………………………………………………………………. 56

4.3. Khối xử lý………………………………………………………………………… 56

4.4. Khối động lực……………………………………….……………………………. 56

4.5. Khối hiển thị..……………………………………….……………………………. 56

CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ – TÍNH TOÁN MẠCH 57

5.1. Khối nguồn ………………………...……………………………………………. 57

5.2. Khối cảm biến……………………………………………………………………. 59

5.3. Khối xử lý………...………………………………………………………………. 60

5.3.1. Mạch reset ……..………………………………………………………………. 60

5.3.2. Mạch tạo xung nhịp……………………………………………………………. 61

5.3.3. Khối truyền thông nối tiếp ……………………………………………………. 61

5.4. Khối hiển thị…………….………………………………………………………. 61

5.5. Khối động lực……………...……………………………………………………. 62

CHƯƠNG 6: LẬP TRÌNH CHO PIC 63

6.1. Lưu đồ giải thuật ..………………………………………………………………. 63

6.1.1. Lưu đồ giải thuật chương trình chính…….…………………………………. 63

6.1.2. Lưu đồ giải thuật chương trình con…………………………………………. 64

6.2. Viết chương trình cho vi xử lý PIC 16F877A …………………………………. 68

CHƯƠNG 7: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN PC

7.1. Cơ bản về giao tiếp RS232……………………………………………………….

76

76

7.2. VISUAL BASIC 6.0...……………………………………………………………. 78

7.2.1. Tổng quan về Visual Basic ……………………………………………………. 78

7.2.2. Các Thuộc Tính (property)..…………………………………………………. 79

7.2.3. Sự kiện OnComm ……………………………………………………………. 82

7.3. Mã nguồn Visual Basic 6.0 của chương trình giao tiếp máy tính….…………. 83

7.4. Giao diện chương trình sau khi biên dịch ……….……………………………. 90

KẾT LUẬN 91

PHỤ LỤC 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành công nghiệp GVHD :Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059 Trang 1

CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP – PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1. Đặt vấn đề:

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành Khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện – điện tử…

trong đó kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực Khoa học kỹ thuật, quản lý, tự

động hóa, thông tin liên lạc…

Từ ý tưởng tự động hóa trong sản xuất, “Mạch đếm và phân loại sản phẩm” được em chọn làm

đề tài tốt nghiệp vì nó gần gũi với thực tế.

Để làm được mạch này, hệ thống cần có bộ phận đếm và bộ phận cảm biến:

 Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu. Thông thường phần phát sử dụng

led phát hồng ngoại và phần thu là led thu hồng ngoại.

 Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi, đó là:

o Lắp mạch đếm dùng IC số với các IC đếm, chốt, giải mã, so sánh.

o Lắp mạch dùng kỹ thuật Vi xử lý.

1.2. Phƣơng án thiết kế:

1.2.1 Dùng IC số:

Ưu điểm:

 Cho phép tăng hiệu suất lao động.

 Đảm bảo độ chính xác cao.

 Tần số đáp ứng lớn, cho phép đếm với tốc độ cao.

 Khoảng cách cảm biến thu – phát có thể đặt xa nhau cho phép đếm những sản

phẩm có kích thước lớn.

 Tổn hao công suất thấp, có thể dùng pin hoặc ắc quy.

 Khả năng đếm rộng.

 Giá thành thấp.

 Mạch đơn giản.

Việc sử dụng IC số khó có thể đáp ứng được mục đích thay đổi số đếm. Muốn thay đổi số đếm

buộc phải thay đổi phần cứng. Do đó cần phải lắp đặt lại mạch mới gây tốn kém về kinh tế.

Với sự phát triển mạnh của ngành kỹ thuật số, đặc biệt đã cho ra đời những họ Vi điều khiển,

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành công nghiệp GVHD :Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059 Trang 2

Vi xử lý đa chức năng do đó việc sử dụng Vi xử lý, Vi điều khiển đã giải quyết được những bế

tắc mà dùng IC số kết hợp không giải quyết được.

1.2.2. Dùng Vi xử lý:

Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê khi sử dụng IC số ghép lại, thì mạch đếm

sử dụng Vi xử lý còn có các ưu điểm sau:

 Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng cách thay đổi phần mềm mà

không ảnh hưởng tới phần cứng.

 Sử dụng linh kiện ít hơn.

 Mạch đơn giản hơn mạch sử dụng IC số.

 Mạch có thể cài đặt số đếm ban đầu.

 Mạch có thể lưu lại số lượng của các ca sản xuất. .

 Mạch cũng có thể giao tiếp được với máy tính.

Nhưng trong thiết kế, người ta thường chọn phương pháp tối ưu về kinh tế do đó em

chọn phương pháp “Đếm sản phẩm dùng Vi xử lý”.

1.3. Mục đích yêu cầu của đề tài:

Trong đồ án này, em thực hiện đếm sản phẩm bằng phương pháp dựa trên sự thay đổi mức

logic của các chân cảm biến. Như vậy mỗi sản phẩm đi trên băng chuyền cần có một thiết bị

để cảm nhận sản phẩm, thiết bị này gọi là cảm biến. Khi một sản phẩm đi qua cảm biến, cảm

biến sẽ nhận được sự thay đổi mức logic (1 hoặc 0) đưa về khối xử lý để tăng số đếm và phân

loại sản phẩm (cao – trung – thấp). Sản phẩm sẽ được đếm và hiển thị trên led 7 đoạn và trên

màn hình máy tính.

Tuy nhiên, mỗi bộ phận hay mỗi ca sản xuất lại yêu cầu với số đếm khác nhau nên phải có sự

chuyển đổi linh hoạt trong việc chuyển đổi số đếm. Bộ phận chuyển đổi trực quan nhất là bàn

phím. Khi cần thay đổi số đếm, người sử dụng chỉ việc nhập số và hệ thống sẽ tự động đếm.

Khi số sản phẩm đếm bằng với số sản phẩm được nhập từ bàn phím thì mạch đếm sẽ dừng

đếm. Từ đây suy ra được mục đích yêu cầu của đề tài:

 Số đếm phải chính xác và việc thay đổi số đếm một cách linh hoạt.

 Bộ phận hiển thị rõ ràng.

 Mạch không quá phức tạp, đảm bảo an toàn sử dụng.

 Giá thành không quá cao.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành công nghiệp GVHD :Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059 Trang 3

1.4. Giới hạn của đề tài:

Do mạch sử dụng bộ phận cảm biến là led phát và led thu hồng ngoại do đó tín hiệu hồng

ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa trong không gian nên để led thu nhận được

tín hiệu một cách mạnh và ổn định nhất thì khoảng cách khoảng cách đặt led thu và led phát

không quá xa khi đặt với nhau. Chính vì vậy mà kích thước sản phẩm đếm không quá lớn.

Đếm số sản phẩm trong phạm vi từ 00 đến 99.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành công nghiệp GVHD :Ths. Lê Minh Hải

SVTH : Nguyễn Duy Phúc MSSV : 0851030059 Trang 4

CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VI XỬ LÝ PIC16F877A

2.1. Tổng quan về họ Vi điều khiển PIC:

2.1.1. PIC là gì ?

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology.

Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General

Instrument.

PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình

thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên

của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho

máy chủ 16bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface

Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các

hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt

động xuất nhập cho CP1600. PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù,

cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bây giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với

kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động).

Năm 1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu

hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành 1

bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt

các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...), với bộ nhớ chương trình từ

512 Word đến 32K Word.

2.1.2. Đặc tính của Vi xử lý PIC:

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng

ta có thể điểm qua một vài nét như sau:

 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi.

 Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte.

 Các cổng Xuất/Nhập (I/O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic 0 và

logic 1).

 8/16 Bit Timer.

 Công nghệ Nanowatt.