Tài liệu Khóa luận hệ thống điều khiển băng tải và đếm số lượng sản phẩm bằng vi điều khiển

LỜI CẢM ƠN L ời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường đã tạo mọi điều kiện cho sinh viên chúng em có một môi trường học tập tốt nhất. Cảm ơn các thầy cô trong khoa Vật lý – Trường Đại học sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã truyền đạt kiến thức cho sinh viên chúng em cùng lòng nhiệt huyết với học trò, với công việc trong suốt những năm qua. Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Xứng – khoa Điện Tử Viễn Thông – Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình em thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Và trên hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình thực hiện khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Vật lý đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua. Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài khóa luận nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Võ Trần Nguyên I MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ I MỤC LỤC ..................................................................................................................... II DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT ................................................. IV DANH MỤC BẢNG BIỂU, DANH MỤC HÌNH ...................................................... V MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................ 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ ...................................................................3 1.1Giới thiệu về hệ thống điều khiển ...........................................................................3 1.2Nguyên lý hoạt động .................................................................................................3 1.3Cấu trúc phần cứng AT89S52 .................................................................................4 1.3.1Các chức năng của bộ vi điều khiển AT89S52 ...................................................... 4 1.3.2Các chân (Pinout) ...................................................................................................... 5 1.4Hoạt động đình thời của AT89S52 ..........................................................................7 1.4.1Thanh ghi chế độ định thời TMOD ........................................................................ 7 1.4.2Thanh ghi điều khiển Timer ( TCON) .................................................................... 8 1.4.3Các chế độ đình thời Timer 0 và Timer 1 .............................................................. 9 1.5Tổ chức ngắt của AT89S52 ......................................................................................9 1.5.1Thanh ghi IE ............................................................................................................ 10 1.5.2Ngắt do Timer .......................................................................................................... 10 1.5.3Ngắt do cổng nối tiếp ............................................................................................... 10 1.6Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế ......................................11 1.6.1Thạch anh 12MHz ................................................................................................... 11 1.6.2Tụ gốm, tụ hóa ......................................................................................................... 11 1.6.3Điện trở ..................................................................................................................... 12 1.6.4Diode .......................................................................................................................... 12 1.6.5LED đơn .................................................................................................................... 13 1.6.6LED 7 đoạn ............................................................................................................... 13 1.6.7Relay .......................................................................................................................... 14 1.6.8Opto ........................................................................................................................... 15 1.6.9Module cảm biến hồng ngoại ................................................................................. 16 1.6.10Động cơ DC 5V ...................................................................................................... 17 1.6.11Xi lanh khí nén hoạt động đơn ............................................................................ 18 1.6.12Van điện từ khí nén 5/2 ......................................................................................... 19 1.6.13Động cơ Servo ........................................................................................................ 19 CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ...........................................20 2.1Sơ đồ khối của hệ thống ......................................................................................... 20 2.2Chức năng các khối ................................................................................................ 20 2.2.1Khối xử lý trung tâm ............................................................................................... 20 2.2.2Khối cảm biến .......................................................................................................... 21 2.2.3Khối hiển thị ............................................................................................................. 21 2.2.4Khối chấp hành ........................................................................................................ 22 2.2.5Khối công tắc ............................................................................................................ 23 II 2.2.6Khối nguồn ............................................................................................................... 23 2.3Sơ đồ nguyên lý của hệ thống ................................................................................24 2.3.1Mạch điều khiển trung tâm AT89S52 .................................................................. 24 2.3.2Mạch Reset ............................................................................................................... 25 2.3.3Mạch dao động ......................................................................................................... 25 2.3.4Mạch hiển thị số lượng ........................................................................................... 26 2.3.5Mạch chấp hành ...................................................................................................... 27 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ......................................................28 3.1Thiết kế phần mềm .................................................................................................28 3.2Lưu đồ thuật toán ...................................................................................................30 3.3Chương trình lập trình .......................................................................................... 34 KẾT LUẬN ..................................................................................................................45 -Kết luận: .......................................................................................................................... 45 -Kiến nghị: ........................................................................................................................ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 46 Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ......................................................................47 III DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT CPU Central Processing Unit ALU Arithmetic Logical Unit PSW Program Status Word PC Program Counter ROM Read Only Memory RAM Random Acces Memory OE Outbook Enable ALE Adress Latch Enable IV DANH MỤC BẢNG BIỂU, DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89S52 Bảng 1.1 : Chức năng riêng của Port 3 Bảng 1.2 : Thanh ghi chọn chế độ định thời Bảng 1.3: Thanh ghi điều khiển định thời TCON Bảng 1.4 : Tổ chức ngắt trong AT89S52 Bảng 1.5: Thanh ghi cho phép ngắt IE Hình 1.2 : Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh Hình 1.3: Hình ảnh và ký hiệu của tụ điện Hình 1.4: Hình ảnh và kí hiệu của điện trở Hình 1.5: Hình ảnh và ký hiệu của diode Hình 1.6: Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn Hình 1.7: Hình ảnh và kí hiệu của LED 7 đoạn Hình 1.8: Hình ảnh và kí hiệu của relay DC5V Hình 1.9: Hình ảnh và kí hiệu của Opto Hình 1.10: Module cảm biến hồng ngoại Hình 1.11 : Nguyên lý hoạt động của module cảm biến hồng ngoại Hình 1.12 : Động cơ DC5V Hình 1.13: Xy lanh khí nén Hình 1.14: Van điện từ khí nén 5/2 DC24V Hình 1.15: Động cơ Servo DC5V Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống Hình 2.2: Mạch vi điều khiển AT89S52 Hình 2.3: Khối cảm biến Hình 2.3: Khối hiển thị Hình 2.4: Module 4 relay Hình 2.5 : Khối công tắc Hình 2.6: Mạch điều khiển trung tâm AT89S52 Hình 2.7:Mạch reset Hình 2.8: Mạch dao động với tần số 12MHz Hình 2.9: Mạch hiển thị sản phẩm Hình 2.10: Mạch nguyên lý của module Relay 4 kênh V MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật điện tử, những công nghệ điện tử ngày càng phát triển mạnh mẽ. Trong đó có sự đóng góp rất lớn của kỹ thuật vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật, đời sống xã hội và đã đem lại rất nhiều tiện nghi cho con người trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng tải hiện đại, sản phẩm xuất ra nhanh và nhiều hơn vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã hoàn tất ra từ băng tải cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác được. Vì vậy, cần có một hệ thống điều khiển băng tải và đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát được số lượng sản phẩm. Không chỉ vậy, hệ thống đếm sản phẩm còn giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay và tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao. Sau 4 năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, là một sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa, đồng thời em cũng muốn củng cố lại kiến thức đã học được trong suốt thời gian qua thông qua các mô hình thực tế. Và quan trong hơn đó là em muốn trau dồi thêm những kiến thức về chuyên ngành của mình để thuận lợi cho công việc sau này. Xuất phát từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp. 2. Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải và đếm số lượng sản phẩm bằng vi điều khiển. Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố lại kiến thức đã học và tiếp thu thêm nhiều kiến thức mới từ giảng viên hướng dẫn. Đó cũng là khoảng thời gian em thực tế hóa các kiến thức đã được học trên mô hình cụ thể cũng như hiểu rõ hơn cách viết chương trình cho vi điều khiển. 1 Do kiến thức còn hạn hẹp nên em chỉ nghiên cứu một ứng dụng nhỏ. Nếu có thời gian nhiều hơn và được nghiên cứu sâu hơn, mô hình này có thể được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu đề ra, cần thực hiện các yêu cầu sau: + Nghiên cứu lý thuyết về nguyên lý hoạt động các linh kiện điện tử: vi điều khiển AT89S52, Relay, xi lanh khí nén, van điện từ khí nén, LED,… + Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế hoàn chỉnh về phần cơ của mô hình. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu + Vi điều khiển AT89S52: là một dòng vi điều khiển tương đối mạnh với nhiều tính năng, hoạt động ổn định mà giá thành lại tương đối rẻ và thông dụng trên thị trường hiện nay. Do đó có thể dễ dàng mở rộng thiết kế các ứng dụng khác. + Các tài liệu về linh kiện điện tử + Các tài liệu hướng dẫn lập trình Keil C Vision 4.  Phạm vi nghiên cứu Đề tài sử dụng vi điều khiển AT89S52 đề lập trình, 3 module cảm biến hồng ngoại, 1 động cơ Servo, 2 xy lanh khí nén hành trình 10cm, 2 van điện từ khí nén 24V, 2 động cơ DC 5V và 4 LED 7 thanh dùng đề hiển thị số lượng sản phẩm. 5. Phương pháp nghiên cứu + Nghiên cứu các tài liệu về nguyên lý hoạt động của thiết bị và linh kiện điện tử. + Nghiên cứu cách trình bày một khóa luận tốt nghiệp. 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ 1.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển Hiện này, trong các nhà máy hay doanh nghiệp sản xuất thì có nhiều khâu tự động hóa trong sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động. Tuy nhiên, trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc hoàn toàn tự động hóa còn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm mà vẫn sử dụng nhân công. Là sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa. Em muốn lập trình cho vi điều khiển AT89S52 để điều khiển băng tải và tự động đếm số lượng sản phẩm chạy trên băng tải. Từ đó, em quyết định chọn đề tài: “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp. 1.2 Nguyên lý hoạt động “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN” bao gồm khối chính là: khối nguồn, khối xử lý trung tâm, khối chấp hành, khối cảm biến và khối hiển thị. Hệ thống hoạt động theo nguyên lý: gồm 2 động cơ DC dùng để kéo băng tải chạy, trên băng tải do động cơ DC 1 điều khiển thì được gắn 2 cảm biến để phát hiện sản phẩm ( một cảm biến để phát hiện sản phẩm lỗi, cảm biến còn lại để phát hiện sản phẩm cần chọn và đếm số lượng) và trên băng tải của động cơ DC 2 điều khiển thì có gắn 1 cảm biến dùng để phát hiện thùng đựng sản phẩm cần chọn và đếm số lượng thùng đó. Hệ thống còn có 2 xy lanh khí nén hành trình 10cm có nhiệm vụ để đẩy thùng đựng sản phẩm vào vị trí nhận sản phẩm và đẩy thùng đựng đủ sản phẩm cần chọn qua băng tải do động cơ DC 2 điều khiển. Khối hiện thị gồm có 4 LED 7 đoạn trong đó 2 LED 7 đoạn dùng để hiển thị số lượng sản phẩm cần chọn và 2 LED 7 đoạn còn lại dùng để hiển thị số lượng thùng đựng sản phẩm. Lập trình cho vi điều khiển để điều khiển hoạt động của hệ thống như sau: Đầu tiên, bật công tắc khởi động hệ thống và xy lanh 1 đẩy thùng vào vị trí 3 nhận sản phẩm. Sau khi nhấn nút Start thì hệ thống bắt đầu làm việc, băng tải do động cơ DC 1 điều khiển chạy thì các sản phẩm di chuyển trên băng tải đó ( gồm sản phẩm lỗi và sản phẩm cần chọn) nếu cảm biến phát sản phẩm lỗi thì động cơ Servo quay gạt cần gạt để cho sản phẩm lỗi đó ra khỏi băng tải; nếu cảm biến phát hiện được sản phẩm cần chọn và hiển thị số lượng sản phẩm mà do cảm biến phát hiện được lên 2 LED 7 đoạn. Tiếp theo, nếu số lượng sản phẩm cần chọn vào trong thùng đựng đã đủ ( ví dụ: 10 sản phẩm cần chọn trong thùng) thì băng tải do động cơ DC 1 điều khiển dừng lại và xy lanh 2 sẽ đẩy thùng đựng này qua băng tải do động cơ DC 2 điều khiển, tại đây thùng sẽ di chuyển trên băng tải và được một cảm biến phát hiện được thùng đừng sản phẩm rồi hiển thị số lượng này lên 2 LED 7 đoạn còn lại. Sau khoảng thời gian 1 giây sau khi xy lanh 2 đẩy thùng qua băng tải thì ngay lập tức thì xy lanh 1 sẽ đẩy thùng không vào vị trí nhận sản phẩm và đồng thời động cơ một hoạt động lại và hệ thống tiếp tục đếm sản phẩm. 1.3 Cấu trúc phần cứng AT89S52 Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel.các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là 89C51,89C53,89C55. Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng. Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp: 89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp 89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp 89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp 89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp 1.3.1 Các chức năng của bộ vi điều khiển AT89S52 4  CPU (Centralprocessing unit) bao gồm : + Thanh ghi tích lũy A + Thanh ghi tích lũy B ,dùng cho phép nhân và phép chia + Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit) + Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSw : Program Status Word) + Bốn băng thanh ghi + Con trỏ ngăn xếp  Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ ROM)gồm 8kbyte Flash  Bộ nhớ dữ liệu (bộ nhớ RAM) gồm 256 byte  Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Tranmistter) có chức năng truyền nhận nối tiếp , AT89S52 có thể giao tiếp với cổng nối tiếp của máy tính thông qua bộ UART  3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện  WDM (Watch Dog Timer) : WDM được dùng để phục hồi lại hoạt động của của CPU khi nó bị treo bởi một nguyên nhân nào đó.  Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong  Bộ lập trình(ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người sử dụng có thể nạp các chương trình cho chíp mà không cần đến bộ nạp chuyên dụng  Bộ chia tần số với hệ số chia là 12  4 cổng xuất nhập với 32 chân 1.3.2 Các chân (Pinout) Hình 1.1: Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89S52 5 PORT 0 (P0.0-P0.7) Port 0 gồm 8 chân,ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7),chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp với các thiết bị ngoài có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ… PORT 1 (P1.0-P1.7) Có chức năng xuất nhập theo bit và theo byte.Bên cạnh đó 3 chân P1.5 , P1.6 , P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuNn ISP , 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2. PORT 2 (P2.0-P2.7) Là cổng vào/ra còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộn nhớ ngoài. PORT 3 (P3.0-P3.7) Ngoài chức năng xuất nhập còn có chức năng riêng Bit Tên Chức năng P3.0 RXD P3.1 TXD P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/counter 1 P3.6 WR Xung ghi nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp Dữ liệu truyền cho port nối tiếp Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Bảng 1.1 : Chức năng riêng của Port 3 Chân PSEN (Program Store Enable) : Là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài,nó được phép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.Mã lệnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus dữ liệu (port 0) thanh ghi lệnh để được giải mã.khi thực hiện chương trình ROM nội thì PSEN ở mức cao. Chân ALE (Address Latch Enable) : 6 ALE là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi điều khiển.Tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như 74373,74573 chốt byte địa chỉ thấp ra khỏi bus đa hợp địa chỉ/dữ liệu (Port 0). Chân EA (External Access) : Tín hiệu cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi điều khiển.Nếu EA ở mức cao (nối với VCC), thì vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội.Nếu EA ở mức thấp(nối GND)thì vi điều khiển thi hành chương trình bộ nhớ ngoài. Các chân XTAL1, XTAL2 : AT89S52 có một bộ dao động trên chíp , nó thường được nối với bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz,thông thường là 12MHz. Chân Reset (RST) : Ngõ vào RST (chân 9) là ngõ vào xóa chính (master reset) của AT89C51 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Chân Vcc, GND : AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V đến 5,5V được cấp qua chân 40 và 20. 1.4 Hoạt động định thời của AT89S52 Vi điều khiển AT89S52 có 3 bộ định thời 16 bit trong đó 2 bộ timer 0 và 1 có 4 chế độ hoạt động,timer 2 có 3 chế độ hoạt động.Các bộ định thời dùng để định khoảng thời gian(hẹn giờ),đếm sự kiện xảy ra bên ngoài bộ vi điều khiển hoặc tạo tốc độ baud cho công nối tiếp của vi điều khiển. 1.4.1 GATE Bit 7 Thanh ghi chế độ định thời TMOD C/T0 M1 M0 Ký hiệu GATE0 C/T1 M1 M0 Chức năng GATE1 Bit điều khiển cổng.Khi set lên 1,bộ định thời chỉ hoạt động trong khi INT1 ở mức cao 7 6 C/T1 Bit chọn chức năng đếm hoặc định thời 1=đếm sự kiện 0=định thời trong 1 khoảng thời gian 5 M1 Bit chọn chế độ thứ nhất 4 M0 Bit chọn chế độ thứ 2 00 chế độ 0 – Timer 13 bit 01 chế độ 1 – Timer 16 bit 10 chế độ 2 – 8 bit tự động nạp lại 11 chế độ 3 – tách Timer 3 GATE0 Bit điều khiển cổng cho bộ định thời 0 Bit chọn chức năng đếm hoặc định thời cho bộ định thời 0 2 C/T0 1 M1 Bit chọn chế độ thứ nhất cho bộ định thời 0 0 M0 Bit chọn chế độ thứ 2 cho bộ định thời 0 Bảng 1.2 : Thanh ghi chọn chế độ định thời 1.4.2 Thanh ghi điều khiển Timer ( TCON) Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho Timer 0 và Timer 1. TF1 TR1 TF0 TR0 IT1 IE1 IT0 IE0 Bit TCON TCON.7 Ký hiệu TCON.6 TR1 TCON.5 TF0 TCON.4 TR0 TCON.3 IE1 TF1 Chức năng Điều khiển bộ định thời Cờ tràn của bộ định thời 1.Cờ này được set bởi phần cứng khi có tràn,được xóa bởi phần mềm,hoặc bởi phần cứng khi bộ vi xử lý trỏ đến trình phục vụ ngắt Bit điều khiển hoạt đong của bộ định thời 1.Bit này được set hay xóa bằng phần mềm để điều khiển bộ định thời hoạt động hay ngưng Cờ tràn của bộ định thời 0 Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời Cờ ngắt bên ngoài 1(kích khởi cạnh).Cờ này được set bởi phần cứng khi có cạnh âm (cuống) xuất hiện trên chan INT1,được xóa bởi phần 8 TCON.2 IT1 TCON.1 TCON.0 IE0 IT0 mềm,hoặc phần cứng khi CPU trỏ đến trình phục vụ ngắt Cờ ngắt bên ngoài 1(kích khởi cạnh hoặc mức).Cờ này được set hay xóa bởi phần mềm khi xảy ra cạnh âm hoặc mức thấp ở chân ngắt ngoài Cờ ngắt bên ngoài 0(kích khởi cạnh) Cờ ngắt bên ngoài 0(kích khởi cạnh hoặc mức) Bảng 1.3: Thanh ghi điều khiển định thời TCON Các chế độ đình thời Timer 0 và Timer 1 1.4.3 * Chế độ 0 : là chế độ định thời 13 bit , chế độ này tương thích với các bộ vi điều khiển trước đó , trong các ứng dụng hiện nay chế độ này không còn thích hợp. Trong chế độ này bộ định thời dùng 13 bit(8 bit cua TH và 5 bit cao của TL) để chứa giá trị đếm ,3 bit thấp của TL không được sử dụng. * Chế độ 1 : Trong chế độ này , bộ timer dùng cả 2 thanh ghi TH và TL để chứa giá trị đếm , vì vậy chế độ này còn được gọi là chế độ định thời 16 bit . Bit MSB sẽ là bit D7 của TH còn bit LSB là D0 của TL * Chế độ 2 : Trong chế độ 2 , bộ định thời dùng TL để chứa giá trị đếm và TH để chứa giá trị nạp lại vì vậy chế độ này còn gọi là chế độ tự nạp lại 8 bit.Sau khi đếm 255 sẽ xảy ra tràn,khi đó TF được đặt bằng 1 đồng thời giá trị của timer tự động được nạp lại bằng nội dung của TH. * Chế độ 3 : Trong chế độ 3 , Timer 0 được tách thành 2 bộ Timer hoạt động độc lập , chế độ này sẽ cung cấp cho bộ vi điều khiển thêm một Timer nữa. 1.5 Tổ chức ngắt của AT89S52 Bảng tóm tắt các ngắt trong AT89S52 như sau: STT Tên ngắt 1 INT0 2 3 4 Mô tả Cờ ngắt Thanh Vector Ghi chứa ngắt cờ Ngắt ngoài 0 khi có tín hiệu tích cực IE0 theo kiểu đã chọn ở chân P3.2 TCON 0x0003 Timer 0 Ngắt tràn timer0 khi giá trị timer0 TF0 tràn từ giá trị max về giá trị min INT1 Ngắt ngoài 1 khi có tín hiệu tích cực IE1 theo kiểu đã chọn ở chân P3.3 TCON 0x000B TCON 0x0013 Timer 1 Ngắt tràn timer1 khi giá trị timer1 tràn từ giá trị max về giá trị min TCON 0x001B 9 TF1 5 Serial Port Ngắt cổng nối tiếp khi vi điều khiển TI, RI nhận hoặc truyền xong một byte bằng cổng nối tiếp SCON 0x0023 Ngắt tràn timer2 khi giá trị timer2 tràn T2CO N 002BH ET0 EX0 6 Timer2 TX2 Hoặc EXF2 Bảng 1.4 : Tổ chức ngắt trong AT89S52 1.5.1 EA Thanh ghi IE - ET2 ES ET1 EX1 Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả IE.7 EA AFH Cho phép / cấm toàn bộ IE.6 _ AEH Không được miêu tả IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt từ Timer 2 (8052) IE.4 ES ACH Cho phép ngắt từ port nối tiếp IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt từ Timer 1 IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt ngoài 1 IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt từ Timer 0 IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt ngoài 0 Bảng 1.5: Thanh ghi cho phép ngắt IE 1.5.2 Ngắt do Timer AT89S52 có 3 Timer là Timer 0 và Timer 1 và Timer 2. Các Timer này đều là Timer 16 bit, giá trị đếm max do đó bằng 65535 (đếm từ 0 đến 65535).Ba timer có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau và độc lập. Các ngắt do các bộ Timer xảy ra do sự kiện tràn ở các Timer, khi đó các cờ tràn TFx sẽ đươc đặt bằng 1.Khi ISR được đáp ứng, các cờ TFx sẽ tự động được xóa bởi phần mềm. 1.5.3 Ngắt do cổng nối tiếp Ngắt do cổng nối tiếp xảy ra khi hoặc cờ phát ngắt (TI) hoặc cờ ngắt thu (RI) được đặt bằng 1.ngắt phát xảy ra khi bộ đệm truyền rỗng , ngắt thu xảy ra 10 khi 1 ký tự đã được nhận xong và đang đợi trong SBUF để được đọc. Các ngắt do cổng nối tiếp khác các ngắt do timer.cờ gây ra ngắt do PORT nối tiếp không bị xoá bằng phần cứng khi CPU chuyển tới ISR do có 2 nguồn ngắt do cổng nối tiếp TI và RI, nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ được xoá bằng phần mềm. 1.6 Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế 1.6.1 Thạch anh 12MHz 12MHz Hình 1.2 : Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (12MHz) cho dao động của vi điều khiển AT89C51. Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 (chân số 18 và 19 của AT89C51). 1.6.2 Tụ gốm, tụ hóa Hình 1.3: Hình ảnh và ký hiệu của tụ điện 11 Tụ gốm: có chức năng lọc nhiễu cho dao động thạch anh, 2 tụ gốm 22pF sẽ được nối một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại nối xuống Mass. Tụ hóa: tụ hóa 10µF được gắn đầu âm vào chân Reset, đầu dương lên nguồn. Khi cấp điện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân Reset bật lên mức cao, khi đó toàn bộ hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu. Khi vận hành thì tụ hóa ngăn dòng đi vào chân Reset. 1.6.3 Điện trở Hình 1.4: Hình ảnh và kí hiệu của điện trở Chức năng: Điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện đi qua các phần tử trong mạch và phân cực cho transistor. 1.6.4 Diode Hình 1.5: Hình ảnh và ký hiệu của diode Chức năng: là linh kiện điện tử chỉ cho phép dòng điện theo một chiều 12 nhất định, chiều ngược lại thì không thể chạy qua. 1.6.5 LED đơn Hình 1.6: Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn Chức năng: Với nhiều loại, hình dáng, màu sắc…, LED đơn được dùng làm bộ phận hiển thị trong mạch. Khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của Led vào khoảng cỡ 1,7V – 3V, dòng qua Led cỡ 5mA-20mA. - Led màu đỏ: điện áp từ 1,8 – 2,2V - Led màu xanh dương: điện áp từ 2,8 – 3V 1.6.6 LED 7 đoạn Hình 1.7: Hình ảnh và kí hiệu của LED 7 đoạn 13 LED 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với VCC , các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED chỉ sáng khi tín hiệu đưa vào các chân ở mức 0. 1.6.7 Relay Hình 1.8: Hình ảnh và kí hiệu của relay DC5V Relay đóng vai trò như một công tắc, nhưng không trực tiếp được nhấn bằng tay mà được mở bằng điện. Cấu tạo: Relay gồm 2 phần: - Cuộn hút: + Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình. + Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V và AC: 110V, 220V - Cặp tiếp điểm: + Khi không có từ trường (không cấp điện cho cuộn dây). Tiếp điểm 1 được tiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo. Tiếp điểm thường đóng. + Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3. + Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn. Chức năng: đóng ngắt mạch điện tự động. Trong mạch này sử dụng Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C. Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C có các thông số cơ bản: + Điện áp cuộn dây : 12VDC + Điện áp ngưỡng tiếp điểm : 10A- AC250V hoặc 10A- DC30V 14 1.6.8 Opto Opto hay còn được gọi là bộ cách ly quang dùng để truyền tín hiệu điện bằng cách chuyển tín hiệu ánh sáng và sau đó mới truyền đi. Opto dùng để cách ly điện giữa đầu vào và đầu ra. Chức năng: Opto rất hay được sử dụng trong các hệ thống điện-điện tử công suất lớn dùng để ngăn các xung điện áp cao hay các phần mạch điện công suất lớn có thể làm hư hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên một bo mạch. Trong mạch sử dụng Opto PC817. Khi cung cấp điện áp 5V vào chân số 1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông, mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC . Hình 1.9: Hình ảnh và kí hiệu của Opto Sơ đồ chân Opto PC817: + Chân số 1: Anode + Chân số 2: Cathode 15