Thực hiện thiết bị đo khoảng cách sử dụng sóng siêu âm bằng vi điều khiển msp 430: dải đo từ 2cm-2m, độ chính xác 1mm.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

-------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THỰC HIỆN THIẾT BỊ ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG

SÓNG SIÊU ÂM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN MSP430:

DẢI ĐO TỪ 2CM – 2M, ĐỘ CHÍNH XÁC 1MM

Người thực hiện : Phạm Xuân Minh

Lớp : 11CVL

Khóa : 2011-2015

Ngành : Cử Nhân Vật Lý

Người hướng dẫn : ThS. Phạm Xuân Trung

NIÊN KHÓA 2011 – 2015

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

i GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian trong học tại Trường Đại Học Sư Phạm - Đại Học Đà Nẵng,

với sự giúp đỡ tận tình của các quý thầy cô về nhiều mặt em đã tiếp thu được nhiều kiến

thức mới và nhất là thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trong Khoa Vật Lý, Trường Đại Học

Sư Phạm - Đại Học Đà Nẵng đã quan tâm, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại

trường.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Xuân Trung - Khoa Điện Tử Viễn Thông,

Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng đã trực tiếp hướng dẫn, quan tâm giúp

đỡ và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành luận văn đúng thời gian quy định. Nhờ

đó, em đã tiếp thu được những kiến thức mới và tạo nền tảng quan trọng để em có thể

áp dụng sau này.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã động viên, ủng hộ và

tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt công việc trong quá trình thực

hiện khóa luận. Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến các anh trong Công ty TNHH

Thiết kế và Giải pháp Điện tử Vnelektronics đã giúp đỡ em trong thời gian thực hiện

luận văn.

Mặc dù em đã rất cố gắng hoàn thành luận văn trong khả năng nhưng không thể

tránh khỏi những thiếu sót.

Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để bài

luận văn được hoàn chỉnh hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 04 năm 2015

Sinh viên thực hiện

PHẠM XUÂN MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ii GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả trong luận văn này là trung thực và chưa

được sử dụng. Những nội dung trong luận văn được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực

tiếp của Thầy Phạm Xuân Trung.

Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được ghi rõ

nguồn gốc.

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 04 năm 2015

Sinh viên thực hiện

PHẠM XUÂN MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

iii GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... i

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. ii

MỤC LỤC ....................................................................................................................... iii

DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................................... v

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................... vii

TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................................... viii

LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI ....................................................................................... 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430F5510 ................................. 3

1.1 Tổng quan về vi điều khiển MSP430 ................................................................... 3

1.2 Vi điều khiển MSP430F5510 ................................................................................... 5

1.2.1 Sơ đồ chân……………………………………………………………………6

1.2.2 Khối xử lý trung tâm CPU .............................................................................. 10

1.2.3 Các vùng địa chỉ ............................................................................................. 12

1.2.4 Bộ định thời Timer_A ..................................................................................... 13

1.2.5 Bộ biến đổi ADC10 ......................................................................................... 16

1.2.6 Các thanh ghi .................................................................................................. 17

1.3 MSP430F55xx Development Kit ........................................................................... 19

1.3.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 19

1.3.2 Các tính năng của MSP430F55xx Development Kit ...................................... 20

1.3.3 Chương trình nạp ............................................................................................ 22

1.4 Kết luận: ................................................................................................................. 22

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ BỘ CHUYỂN ĐỔI ADC23

2.1 Giới thiệu về sóng siêu âm ..................................................................................... 23

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

iv GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

2.1.1 Sóng siêu âm ................................................................................................... 23

2.1.2 Các loại đặc trưng của sóng siêu âm ............................................................... 24

2.1.3 Đặc điểm của sóng siêu âm ............................................................................. 25

2.1.5 Cảm biến siêu âm công nghiệp UA30CAD60NGM1TI................................. 26

2.2 Bộ chuyển đổi ADC ............................................................................................... 29

2.2.1 Giới thiệu ADC ............................................................................................... 29

2.2.2 Bộ ADC ADS8517 16-bit ............................................................................... 30

2.3 Kết luận chương ..................................................................................................... 33

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM.......... 34

3.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................. 34

3.2 Trình biên dịch IAR EMBEDDED WORKBENCH ............................................. 34

3.3 ALTIUM Designer ................................................................................................. 36

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý (Schematic) .......................................................................... 36

3.3.2 Vẽ layout (PCB) .............................................................................................. 38

3.5 Thiết kế mạch và thi công mô hình ........................................................................ 39

3.5.1 Sơ đồ khối hiển thị LED 7 đoạn. .................................................................... 39

3.5.2 Sơ đồ khối cảm biến ....................................................................................... 45

3.5.3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ........................................................................... 46

3.6 Lưu đồ thuật toán ................................................................................................... 48

3.7 Kiểm tra đánh giá kết quả hệ thống ....................................................................... 49

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ......................................................... 50

1. Kết luận .................................................................................................................... 50

2. Hướng phát triển đề tài ............................................................................................ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 52

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

v GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc Vi Điều Khiển MSP430

Hình 1.2: Một số họ vi điều khiển của MSP430

Hình 1.3: Vi điều khiển MSP430F5510

Hình 1.4: Sơ đồ khối của CPU

Hình 1.5: Sơ đồ vùng nhớ chương trình và dữ liệu

Hình 1.6: Sơ đồ khối của TimerA

Hình 1.7: Up mode

Hình 1.8: Continuous mode

Hình 1.9: Up/down mode

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý MSP430F55xx Development KIT

Hình 1.11: Sơ đồ Layout lớp top (trái) và bottom (phải)

Hình 1.12: MSP430F55xx Development Kit

Hình 1.13: USB Firmware Upgrade

Hình 2.1: Phân loại sóng theo tần số

Hình 2.2: Sóng siêu âm

Hình 2.3: Sóng dọc

Hình 2.4: Sóng ngang

Hình 2.5: Sóng mặt

Hình 2.6: Cảm biến siêu âm công nghiệp UA30CAD60NGM1TI

Hình 2.7: Sơ đồ lắp ráp cảm biến

Hình 2.8: Sơ đồ chân của ADC ADS8517

Hình 2.9: Sơ đồ mắc nối tiếp đầu ra của bộ ADC

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối hiện thị LED 7 đoạn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

vi GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

Hình 3.3: Sơ đồ layout lớp Bottom (trái) và lớp Top (phải)

Hình 3.4: LED 7 đoạn

Hình 3.5: LED 7 đoạn với Anode - Kathode chung

Hình 3.6: Sơ đồ chân IC 74HC595

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến

Hình 3.8: Sơ đồ layout mạch cảm biến

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Hình 3.10: Sơ đồ layout mạch nguồn

Hình 3.11: IC ổn áp nguồn LM7805

Hình 3.12: IC ổn áp nguồn AMS1117

Hình 3.13: Lưu đồ thuật toán

Hình 3.14: Mô hình thực tế

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

vii GVHD: Phạm Xuân Trung SVTH: Phạm Xuân Minh

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng chức năng của chân vi điều khiển

Bảng 1.2: Timer có 4 chế độ hoạt động

Bảng 1.3: Chức năng của các port xuất nhập hoặc chức năng đặc biệt.

Bảng 2.1: Chức năng của các chân ADC ADS8517