Tài liệu Đo khoảng cách dùng sóng siêu âm

Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã làm cho cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao về mọi mặt trong cuộc sống, trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất. Với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào cuộc sống đã làm cho chất lượng cuộc sống nâng lên rõ rệt, đặt biệt là nâng cao năng suất lao động trong các nhà máy, xí nghiệp. Đó là việc ứng dụng các mạch điện tử vào trong các dây chuyền sản xuất. Các mạch điện tử này với độ chính xác cao và dễ sử dụng đã dần dần thay thế được vai trò của người công nhân trong các nhà máy, xí nghiệp. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của Giáo viên hướng dẫn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Thảo đã tận tình hướng dẫn và chỉ dạy cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong khoa Điện- Điện tử cũng như trong trường đã cung cấp cho em những kiến thức nền tảng cũng như chuyên ngành trong suốt những học kỳ qua. Chính những điều này đã giúp em hoàn thành đồ án này một cách tốt đẹp. Xin cảm ơn quí thầy cô trong thư viện trường đã tạo điều kiện cho em có được các tài liệu cần thiết để thực hiện đồ án này. Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người thân trong gia đình, các bạn bè trong và ngoài lớp, những người đã luôn góp ý, động viên, khuyến khích và giúp đỡ cho đồ án này hoàn thành. 2 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo Ngày 28 tháng 11 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Đông Thức NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 11 năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Duy Thảo MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI PHẦN 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống. 2.2 Phân tích từng khối. 2.3 Giới thiệu linh kiện. 2.3 Sơ đồ nguyên lý. PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Lưu đồ giải thuật. 3.2 Mã nguồn chương trình(code). 3.3 Mô phỏng 3.4 Sơ đồ mạch in PHẦN 4: KẾT LUẬN 4 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo PHẦN 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO 5 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Sau 3 năm học tại khoa Điện-điện tử của trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, em đã có một số kiến thức nhất định về điện tử cơ bản, kỹ thuật số, và những kỹ năng lập trình cho vi xử lý. Quan sát cuộc sống thực tế thì em thấy đo khoảng cách là một ứng dụng thường được sử dụng. Thì bằng những kiến thức đã có em đã tìm hiểu và từng bước cho ra đời sản phẩm là một mạch đo khoảng cách. Mặc dù nó không được chính xác như một chiếc máy đo chuyên dụng nhưng cũng tương đối chính xác và có thể sử dụng được. PHẦN 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN KHỐI XỬ LÝ KHỐI HIỂN THỊ 6 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo 2.2 PHÂN TÍCH TỪNG KHỐI 2.2.1 Khối nguồn Sử dụng nguồn 5V cung cấp điện áp cho các linh kiện trong mạch hoạt động. 2.2.2 Khối cảm biến Ở đây, ta sử dụng IC SRF05 phát xung tới vị trí cần đo, sau đó nó tự tạo ra một xung ở chân ECHO, độ rộng xung này tỉ lệ với khoảng cách cần đo. 2.2.3 Khối xử lí Sử dụng vi điều khiển AT89S52 để kích xung điều khiển SRF05 hoạt động và đo độ rộng xung ở chân ECHO của SRF05.Sau khi đo xong vi điều khiển sẽ tính toán và đưa giá trị đến cho LCD hiển thị kết quả. 2.2.4 Khối hiển thị Sử dụng LCD 16x2 để hiển thị khoảng cách đo được. 7 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo 2.3 GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.3.1 VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 AT89S52 thuộc họ 8051 có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/O, đọc RD, ghi WR, địa chỉ, dữ liệu và ngắt. 8 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo A/ MÔ TẢ CÁC CHÂN Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho chip. Nguồn điện áp là +5V. Chân GND: Chân số 20 là GND. Chân XTAL1 và XTAL2: 89S52 có một bộ giao động trên chip nhưng nó yêu cầu có một xung đồng hồ ngoài để chạy nó. Bộ giao động thạch anh thường xuyên nhất được nối tới các chân đầu vào XTAL1 (chân 19) và XTAL2 (chân 18). Bộ giao động thạch anh được nối tới XTAL1 và XTAL2 cũng cần hai tụ điện giá trị 33pF. Một phía của tụ điện được nối xuống đất. Chân Reset: Chân số 9 là chân tái lập reset. Nó là một đầu vào tích cực mức cao(bình thường mức thấp).Nhằm làm cho đầu vào RESET có hiệu quả thì nó phải có tối thiểu 2 chu kì máy, hay nói cách khác, xung cao phải kéo dài 2 chu kì máy trước khi nó xuống thấp.Trong 8051 một chu kì máy bằng 12 chu kì dao động. Mạch reset: 9 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo R1 100 C1 10uF Chân EA: R2 8K2 Tín hiệu vào EAở chân 31 thường được mất lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 89S52 thi hành chương trình từ bộ nhớ nội. Nếu ở mức 0, 89S52 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoại. Chân PSEN (program store enable): tín hiệu xuất ra từ vi điều khiển để điều khỉên đọc bộ nhớ chương trình. Nếu sử dụng bộ nhớ chương trình ngoài thì PSEN được nối với OE của ROM, nếu không sử dụng thì bỏ trống chân này. Chân ALE ( address latch enable): cho phép chốt địa chỉ. Tín hiệu ALE sẽ được nối với chân LE của IC chốt. Các PORT: Port 0 (chân 32 – 39): là port có hai chức năng. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng, nó có chức năng như các đường IO. Đối 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 (chân 1 – 8): là port IO, các chân P1.0, P1.1, P1.2, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Ngoài ra chân P1.0 cũng là ngõ vào của timer 2, chân P1.1 là ngõ vào ngắt ngoài timer 2 của 8952. Port 2 (chân 21 – 28): là 1 port đa năng được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng. Port 3 (chân 10 – 17): là port đa năng nếu không sử dụng thì port 3 dùng làm IO; nếu có sử dụng thì có các chức năng đặc biệt sau : 10 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo  P3.0 - RxD: dùng để nhận dữ liệu nối tiếp trong khi giao tiếp UART hay giao tiếp máy tính.  P3.1 - TxD: dùng để truyền dữ liệu nối tiếp trong khi giao tiếp UART hay giao tiếp máy tính.  P3.2 - INT0: tín hiệu ngắt ngoài thứ 0.  P3.3 - INT1: tín hiệu ngắt ngoài thứ 1.  P3.4 - T0: ngõ vào nhận xung ngoại cho timer / counter 0.  P3.5 - T1: ngõ vào nhận xung ngoại cho timer / counter 1.  P3.6 - WR: điều khiển ghi dữ liệu.  P3.7 - RD: điều khiển đọc dữ liệu. B/ TỔ CHỨC BỘ NHỚ Vi điều khiển 89S52 có bộ nhớ nội bên trong và có khả năng giao tiếp với bộ nhớ bên ngoài nếu bộ nhớ bên trong không có đủ khả năng lưu trữ chương trình. Bộ nhớ bên trong gồm có 2 loại bộ nhớ: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Bộ nhớ dữ liệu có 256 byte, bộ nhớ chương trình có dung lượng 8 kbyte. Bộ nhớ mở rộng bên ngoài cũng gồm có 2 loại: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Khả năng giao tiếp là 64kbyte cho mỗi loại. Hình sau minh hoạ khả năng giao tiếp bộ nhớ của vi điều khiển 89S52. 11 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo Bộ nhớ mở rộng bên ngoài và bộ nhớ chương trình bên trong và bộ nhớ chương trình bên trong không có gì đặc biệt – chỉ có chức năng lưu trữ dữ liệu và mã chương trình nên không cần phải khảo sát. Bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển thuộc loại bộ nhớ FLASH ROM cho phép xoá bằng xung điện và lập trình lại. Bộ nhớ RAM nội bên trong là một bộ nhớ đặc biệt người sử dụng vi điều khiển cần phải nắm rõ cách tổ chức và các chức năng đặc biệt của bộ nhớ này. RAM bên trong 89S52 được phân chia như sau:     Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH. RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH. RAM đa dụng từ 30H đến 7FH. Các thanh ghi chức năng đặc biệt 80H đến FFH. 12 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo C/ CÁC THANH GHI CÓ CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT Các ô nhớ có địa chỉ 80H, 90H, A0h, B0h: Là các Port của 89S52 bao gồm port0 có địa chỉ là 80H, Port1 có địa chỉ 90H, Port2 có địa chỉ A0H và Port3 có địa chỉ B0H. Tất cả các Port này có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong điều khiển IO. Ô nhớ có địa chỉ 81H: Là thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP (stack pointer) - có chức năng quản lý địa chỉ của bộ nhớ ngăn xếp. Bộ nhớ ngăn xếp dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình vi điều khiển thực hiện chương trình. 13 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo Ô nhớ có địa chỉ 82h và 83h: Là 2 thanh ghi dpl (byte thấp) có địa chỉ là 82H và dph (byte cao) có địa chỉ 83H. Hai thanh ghi này có thể sử dụng độc lập nếu lưu trữ dữ liệu và có thể kết hợp lại tạo thành 1 thanh ghi 16 bit có tên là dptr và gọi là con trỏ dữ liệu – được dùng để lưu địa chỉ 16 bit khi truy xuất dữ liệu bên ngoài. Ô nhớ có địa chỉ 87H: Là thanh ghi pcon (power control) có chức năng điều khiển công xúât khi vi điều khiển làm việc hay ở chế độ chờ. Các ô nhớ có địa chỉ từ 88H đến 8DH : Là các thanh ghi phục vụ cho 2 timer/ counter T1, T0. Thanh ghi TH0 và TL0 kết hợp lại tạo thành 1 thanh ghi 16 bit có chức năng lưu trữ xung đếm cho timer/counter T0. Tương tự cho 2 thanh ghi TH1 và TL1 kết hợp lại lưu trữ xung đếm cho timer/counter T1. Khả năng lưu trữ số lượng xung đếm là 65536 xung. Các ô nhớ có chức năng 98H đến 99H : Là 2 thanh ghi scon và sbuf:scon (series control): thanh ghi điều khiển truyền dữ liều nối tiếp. Sbuf (series buffer ): thanh ghi đệm dữ liệu truyền nối tiếp. Các ô nhớ có địa chỉ từ A8H đến B9H : Là 2 thanh ghi IE và IP – thanh ghi IE (interrupt enable): thanh ghi điều khiển cho phép / không cho phép ngắt. IP (interrupt priority): thanh ghi điều khiển ưu tiên ngắt. Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word): Thanh ghi trạng thái chương trình có địa chỉ D0H được tóm tắt như sau: 14 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo Thanh ghi B : Thanh ghi B có địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi A để thực hiện các phép toán nhân chia. Lệnh MUL AB: sẽ nhận giá trị không dấu 8 bit với 8 bit trong hai thanh ghi A và B, rồi trả về kết quả 16 bit trong A (byte cao) và B(byte thấp). Lệnh DIV AB: lấy giá trị trong thanh ghi A chia cho giá trị trong thanh ghi B, kết quả nguyên lưu trong A, số dư lưu trong B. D/ BỘ ĐỊNH THỜI TIMER TRONG VI ĐIỀU KHIỂN  Thanh ghi chọn kiểu làm việc cho Timer-Mode Register 15 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo  Thanh ghi điều khiển- Control Register 16 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo E/ HOẠT ĐỘNG NGẮT CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 17 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo  Tổ chức ngắt Vi điều khiển 89S52 có 6 nguồn ngắt  Cho phép ngắt/cấm ngắt Trong vi điều khiển có một thanh ghi IE ở địa chỉ 0A8H có chức năng cho phép/ cấm ngắt. Ta sử dụng thanh ghi này để cho phép hay không cho phép đối với từng nguồn ngắt và cho toàn bộ các nguồn ngắt. 18 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo Hoạt động của từng bit trong thanh ghi cho phép ngắt IE được tóm tắt trong bảng dưới đây:  Cấu trúc ngắt của vi điều khiển 19 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo  Các vector ngắt 2.3.1 CẢM BIẾN SIÊU ÂM 20 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139 Đồ Án Môn Học 2 GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo A/ CÁC MODE HOẠT ĐỘNG Sơ đồ chân SRF05 21 SVTH: Nguyễn Đông Thức MSSV: 08101139