Thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ qua giao tiếp qua máy tính

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053

MỤC LỤC

Lời mở đầu

Lời cảm ơn

Mục lục

PHẦN 1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI........................................................................................................... 1

Chương 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI VÀ SƠ ĐỒ KHỐI........................................... 1

1.1. Giới thiệu sơ lược về đề tài............................................................................... 1

1.1.1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1

1.2. Sơ đồ khối Đề Tài............................................................................................ 1

Chương 2 : KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51.................................................................... 2

2.1. Giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MSC_51 ........................................................ 2

2.2. Khảo sát sơ đồ chân 8951,chức năng từng chân.................................................. 3

2.2.1. Sơ đồ chân................................................................................................. 3

2.2.2. Chức năng các chân của 8951 ....................................................................... 3

2.2.2.1. Các Port............................................................................................. 3

2.2.2.2. Các ngõ tín hiệu điều khiển ................................................................... 4

2.3. Cấu trúc bên trong vi điều khiển ...................................................................... 5

2.3.1. Tổ chức bộ nhớ .......................................................................................... 5

2.3.2. RAM ........................................................................................................ 6

2.3.2.1. RAM đa dụng..................................................................................... 6

2.3.2.2. RAM có thể truy xuất dữ liệu từng bit..................................................... 7

2.3.2.3. Các bank thanh ghi .............................................................................. 7

2.3.3. Các thanh ghi đặc biệt ................................................................................. 7

2.3.3.1. Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW:Program Status Word).................. 7

2.3.3.2. Chức năng của từng bit trạng thái chương trình......................................... 8

2.3.4. Bộ nhớ ngoài (external memory) ................................................................. 11

2.3.4.1. Truy xuất bộ nhớ mã ngoài (Accessing External Code Memory) ............... 11

2.3.4.2. Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài (Accessing External Data Memory)........... 11

2.3.4.3. Sự giải mã địa chỉ (Address Decoding) ................................................. 11

2.3.4.4. Sự đè lên nhau của các vùng dữ liệu ngoài............................................. 12

2.3.4.5. Hoạt động Reset................................................................................ 13

2.4. Hoạt động Timer của 8951 ............................................................................. 14

2.4.1. Giới thiệu ................................................................................................ 14

2.4.2. Các thanh ghi điều khiển Timer................................................................... 15

2.4.2.1. Thanh ghi điều khiển ở chế độ timer TMOD(Timer Mod Register) ............ 15

2.4.2.2. Thanh ghi điều khiển timer TCON(Timer Control Register) ..................... 16

2.4.2.3. Các nguồn xung nhịp cho Timer (Clock Sources).................................... 17

2.4.2.4. Sự bắt đầu, kết thúc và sự điều khiển các timer (starting, stopping and

controlling the timer)....................................................................................... 18

2.4.2.5. Sự khởi động và truy xuất các thanh ghi timer........................................ 18

2.4.3. Các các chế độ timer và cờ tràn (Timer Modes And Overflow)......................... 19

2.4.3.1. Mode timer 13 bit(Mode 0)................................................................. 19

2.4.3.2. Mode timer 16 bit (Mode 1) ................................................................ 20

2.4.3.3. Mode tự động nạp 8 bit (Mode 2)......................................................... 20

2.4.3.4. Mode timer tách ra (Mode 3)............................................................... 20

2.5. Hoạt động của port nối tiếp............................................................................ 21

2.5.1. Giới thiệu chung....................................................................................... 21

2.5.2. Các thanh ghi và các chế độ hoạt động của port nối tiếp .................................. 21

2.5.2.1. Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp........................................................ 21

2.5.2.2. Các chế độ port nối tiếp...................................................................... 22

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053

2.5.3. Tổ chức ngắt trong 8951 ............................................................................ 26

2.5.3.1. Cho phép và không cho phép ngắt ........................................................ 26

2.5.3.2. Vectơ ngắt........................................................................................ 26

2.5.3.3. Ngắt port nối tiếp .............................................................................. 27

2.6. Tóm tắt tập lệnh của 8951.............................................................................. 27

2.6.1. Các chế độ định vị địa chỉ (Addressing Mode)............................................... 27

2.6.1.1. Sự định vị của thanh ghi (Register Addressing) ...................................... 27

2.6.1.2. Sự định địa chỉ trực tiếp (Direct Addressing).......................................... 27

2.6.1.3. Sự định vị địa chỉ gián tiếp (Indirect Addressing).................................... 28

2.6.1.4. Sự định địa chỉ tức thời (Immediate Addressing) .................................... 28

2.6.1.5. Sự định địa chỉ tương đối (Relatively Addressing) .................................. 29

2.6.1.6. Sự định địa chỉ tuyệt đối (Absolute Addressing) ..................................... 29

2.6.1.7. Sự định vị dài (Long Addressing)......................................................... 29

2.6.1.8. Sự đinh địa chỉ phụ lục (Index Addressing)............................................ 30

PHẦN 2: MÔ TẢ CHI TIẾT HỆ THỐNG........................................................................................ 31

Chương 1: KHỐI NGUỒN 5V ....................................................................................................... 31

1.1. Sơ đồ kết nối................................................................................................. 31

1.2. Nguyên lý hoạt động...................................................................................... 31

Chương 2 : KHỐI VI XỬ LÝ ......................................................................................................... 31

2.1. Khối cảm biến nhiệt ...................................................................................... 32

2.1.1. Giới thiệu về LM35................................................................................... 32

2.1.1.1. Giới thiệu......................................................................................... 32

2.1.1.2. Thông số kĩ thuật............................................................................... 32

2.1.1.3. Đặc tính về điện ................................................................................ 32

2.1.1.4. Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35 .................. 32

2.1.1.5. Phối hợp tín hiệu LM35 với ADC 0809................................................. 33

2.1.1.6. Cảm biến nhiệt LM35DZ.................................................................... 34

2.1.2. Nguyên lý hoạt động của LM35 .................................................................. 34

2.2. Khối chuyển đổi tương tự số ADC 0809........................................................... 35

2.2.1. Giới thiệu về ADC 0809 ............................................................................ 35

2.2.2. Sơ đồ chân và đặc tính kĩ thuật.................................................................... 35

2.2.2.1. Đặc điểm cơ bản của ADC 0809 .......................................................... 35

2.2.2.2. Sơ đồ chân của ADC 0809 .................................................................. 35

2.2.2.2.1. Bảng chân lý ............................................................................ 35

2.2.2.2.2. Sơ đồ chân............................................................................... 36

2.2.3. Cấu trúc bên trong của ADC 0809 ............................................................... 37

2.2.3.1. Sơ đồ khối........................................................................................ 37

2.2.3.2. Nguyên tắt hoạt động chuyển đổi ADC 0809.......................................... 37

2.2.3.3. Ghép ADC 0809 với AT8951.............................................................. 38

2.3. Khối truyền thông nối tiếp máy tính ............................................................... 39

2.3.1. Các cơ sở truyền thông nối tiếp ................................................................... 39

2.3.2. Truyền thông nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ ........................................... 40

2.3.3. Cổng giao tiếp RS232................................................................................ 42

2.3.3.1. Tổng quan về giao tiếp RS232 ............................................................. 42

2.3.3.2. Ưu điểm của giao diện nối tiếp RS232 .................................................. 42

2.3.3.3. Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232 ....................................... 42

2.3.3.4. Các mức điện áp đường truyền ............................................................ 43

2.3.3.5. Cổng RS232 trên PC.......................................................................... 43

2.3.4. Nối ghép 8951 tới RS232 ........................................................................... 44

2.3.4.1. Các chân RxD và TxD trong 8951........................................................ 44

2.3.4.2. Bộ Điều Khiển Đường Truyền MAX232 ............................................... 44

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053

2.3.5. Lập trình truyền thông nối tiếp cho 89C51 .................................................... 45

2.3.5.1. Thanh ghi SBUF ............................................................................... 45

2.3.5.2. Thiết lập chế độ truyền bằng thanh ghi SCON........................................ 45

2.3.5.3. Các bit TI và RI ................................................................................ 47

2.3.5.4. Tốc độ Baud trong 89C51................................................................... 47

2.3.6. Lập trình 89C51 để truyền dữ liệu nối tiếp .................................................... 48

2.3.7. Lập trình 89C51 để nhận dữ liệu nối tiếp ...................................................... 49

Chương 3: KHỐI CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ.................................................................................. 50

3.1. Sơ đồ kết nối................................................................................................. 50

3.2. Nguyên tắc hoạt động .................................................................................... 50

PHẦN 3: LẬP TRÌNH CHO AT89C51 VÀ ĐIỀU KHIỂN PC ....................................................... 51

Chương 1 : LẬP TRÌNH CHO AT89C51 ..................................................................................... 51

1.1. Lưu đồ giải thuật chương trình chính ............................................................. 51

1.2. Lưu đồ giải thuật nhận dữ liệu cho ADC ......................................................... 52

1.3. Lưu đồ giải thuật ngắt Timer()....................................................................... 52

1.4. Lưu đồ giải thuật ngắt truyền thông ............................................................... 53

1.5. Mã nguồn chương trình cho VĐK................................................................... 53

Chương 2 : LẬP TRÌNH CHO PC................................................................................................. 55

2.1. Cơ bản về giao tiếp RS232 ............................................................................. 55

2.2. Viết chương trình điều khiển trên PC ............................................................. 55

2.2.1. Giới thiệu Visual Basic 6.0(VB6) ................................................................ 55

2.2.1.1. Cài đặt............................................................................................. 55

2.2.1.2. Integrated Development Enviroment (IDE) của VB6 ............................... 55

2.2.1.3. Các hàm VB trong giao tiếp máy tính ................................................... 60

2.2.2. Lưu đồ giải thuật cho chương trình VBB ...................................................... 65

2.2.3. Mã nguồn VB6 cho chương trình trên PC ..................................................... 66

2.2.4. Giao diện chương trình sau khi biên dịch ...................................................... 73

PHẦN 4: THI CÔNG........................................................................................................................... 74

Chương 1 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH .................................................................................... 74

Chương 2 : SƠ ĐỒ MẠCH IN........................................................................................................ 75

Chương 3 : THỰC HIÊN THI CÔNG........................................................................................... 75

PHẦN 5: KẾT THÚC ĐỀ TÀI ........................................................................................................... 76

Chương 1 : TỔNG KẾT CHUNG CHO ĐỀ TÀI ......................................................................... 76

1.1. Phạm vi ứng dụng ......................................................................................... 76

1.2. Ưu điểm ....................................................................................................... 76

1.3. Khuyết điểm................................................................................................. 76

1.4. Khắc phục .................................................................................................... 76

1.5. Hướng mở rộng ............................................................................................ 77

KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................................................... 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................... 78

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053 Trang 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI VÀ SƠ ĐỒ KHỐI

1.1. Giới thiệu sơ lược về đề tài:

1.1.1. Lý do chọn đề tài:

-Hiện nay đất nước ta đang chuyển mình theo sự phát triển chung của thế giới và khu vực

Châu Á bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng.Nền sản xuất này không chỉ đòi hỏi mọt

số lượng lao động khổng lồ mà còn yêu cầu về trình độ,chất lượng tay nghề,kỹ thuật lao động

và thiết bị sản xuất.Trên đà phát triển đó,vấn đề tự động hóa trong quá trình sản xuất,nghiên

cứu trở thành nhu cầu cần thiết.Thoạt đầu vấ đề tự dộng hóa được thực hiện lẻ từ cơ khí đến

các mạch điện tử.Ngày nay,với sự xuất hiện các Chip vi xử lý và máy tình cùng với việc sử

dụng rộng rãi của nó đã đẩy vấn đề tự động hóa lên một bước cao hơn và thời lượng nhanh

hơn…

-Trong đó,việc ứng dụng Máy Vi Tính vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại những

kết quả đầy tính ưu việt.Các thiết bị,hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với Máy Vi

Tính có độ chính xác cao,thời gian thu thập số liệu ngắn.Ngoài ra,máy tính còn có phần giao

diện lên màn hình rất tiện lợi cho người sử dụng.

-Việc dùng máy tính để điều khiển và thông tin liên lạc với nhauy thì vấn đề truyền dữ liệu rất

quan trọng.Hiện nay chúng ta có thể dùng máy tính để liên lạc với nhâ thông qua hệ thống

mạng cục bộ(LAN) hay mạng toàn cầu Internet.Do đó,trong phạm vi hiểu biết của mình,em đã

tìm hiểu và thực hiện đề tài: “Đo Và Hiển Thị Nhiệt Độ Qua Giao Tiếp Máy Tính” thông

qua cổng nối tiếp và viết chương trình phần mềm để truyền số liệu giữa hai hệ thống

1.2. Sơ đồ khối Đề Tài:

Cảm biến

nhiệt LM35

Giải Mã

ADC VĐK 8951

Nguồn

Giao tiếp

Nối Tiếp

Cảnh BáoQua

LED Và Quạt

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053 Trang 2

Chương 2 : KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

2.1. Giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MSC_51:

-Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như

nhau.Ở đây giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hang Intel của Mỹ sản

xuất.Chúng có đặc điểm chung như sau:

 8 KB EPROM bên trong.

 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.

 Xử lí Boolean (hoạt động trên bit đơn).

 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.

 4µs cho hoạt động nhân hoặc chia.

 Sơ đồ khối của 8951.

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053 Trang 3

2.2. Khảo sát sơ đồ chân 8951,Chức năng từng chân:

2.2.1. Sơ đồ chân:

2.2.2. Chức năng các chân của 8951:

-8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập.trong đó cso 24 chân có tác

dụng kép(có nghĩa 1 chân có 2 chức năng),mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập

hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các BUS dữ liệu và BUS địa chỉ.

2.2.2.1.Các Port:

 Port 0:

-Port 0 là Port có 2 chức năng ở các chân 32-39 của 8951.Trong các thiết kế cỡ

nhỏ không dung bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường I/O.Đôi với

các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng,nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus

dữ liệu.

 Port 1:

-Port 1 là port IO trên các chân 1-8.Các chân được kí hiệu P1.0,O1.1,P1.2,…có

thể dung cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần.Port 1 không có chức năng

khác,vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053 Trang 4

 Port 2:

Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21-28 được dùng như các đường

xuất nhập hoặc là byte cao của Bus địa chỉ đối với các thiết bị bộ nhớ mở rộng

 Port 3:

Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17.Các chân của Port này cói

nhiều chức năng,các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt

của 8951 như ở bảng sau:

2.2.2.2.Các ngõ tín hiệu điều khiển:

 Ngõ tín hiệu PSEN(Program store enable)

- PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương

trình mở rộng thường được nói đến chân 0E\(output enable) của Eprom cho

phép đọc các byte mã lệnh

-PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh.Các mã lệnh

của chương trình được đọc từ Rprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh

ghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh.Khi 8951 thi hành chương trình trong

ROM nội PSEN sẽ ở các mức logic1.

 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE(Address Latch Enable)

-Khi 8951 truy xuất bộ nhớ 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 diều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi

kết nối chúng với IC chốt.

-Tin 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.

Cá xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tấn số dao động trên chip và có

thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khac của hệ thống.Chân ALE

được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8951.

 Ngõ tín hiệu EA\(External Access)

- Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở

mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8

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

SVTH : Bùi Việt Nhẫn MSSV : 0851030053 Trang 5

Kbyte. Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân

EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8951.

 Ngõ tín hiệu RST (Reset)

-Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951. Khi ngõ vào tín hiệu này

đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bêf trong được nạp những

giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset.

 Các ngõ vào bộ dao động X1, X2

- Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế

chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch

anh thường sử dụng cho 8951 là 12Mhz.

 Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.

2.3. Cấu trúc bên trong vi điều khiển:

2.3.1. Tổ chức bộ nhớ:

Bảng Tóm tắt các vùng nhớ 8951

Bản đồ bộ nhớ Data trên Chip như sau: