Tài liệu Thiết kế và chế tạo máy pha café dạng phin

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Lời nói đầu. .......................................................................................................4 Chương 1: Khái quát về máy pha cà phê tự động 1.1: Nhiệm vụ............................................................................................7 1.2: Nhiệm vụ cụ thể.................................................................................7 1.3: Các chuyển động cơ bản....................................................................7 1.3.1: Các loại động cơ thường dùng trong máy pha cà phê tự.................7 1.4: Các yêu cầu đối với máy pha cà phê..................................................8 1.4.1: Yêu cầu về an toàn..........................................................................8 1.4.2: Yêu cầu chính xác từng công đoạn.................................................8 1.4.3: Yêu cầu khác...................................................................................8 1.5: Hoạt động chung của máy pha cà phê................................................8 1.6: Thiết bị cơ khí của máy pha cà phê....................................................9 Chương 2: Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A và chuẩn truyền thông RS 485 2.1: Giới thiệu chung về vi điều khiển PIC.............................................10 2.1.1: Khái niệm cơ bản về vi điều khiển PIC.........................................10 2.1.2: Kiển trúc của vi điều khiển PIC....................................................12 2.1.3: Các dòng PIC và cách lựa chọ vi điều khiển.................................13 2.1.4: Ngôn ngữ lập trình cho PIC..........................................................13 2.1.5: Mạch nạp PIC................................................................................13 2.2: Vi điều khiển PIC 16F877A.............................................................15 2.2.1: Sơ đồ chân VĐK PIC 16F877A....................................................15 2.2.2: Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A...........................16 2.2.3: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A.........................................16 SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 1 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á 2.2.4: Tổ chức bộ nhớ..............................................................................17 2.2.5: Các cổng xuất nhập của PIC 16F877A.........................................21 2.2.6: TIMER..........................................................................................24 2.2.7: Các ứng dụng VĐK PIC................................................................30 2.3: Tổng quan về LM35.........................................................................32 Chương 3: Khảo sát và thiết kế lắp ráp...........................................................39 3.1: Cấu tạo mô hình...............................................................................39 3.2: Các mạch sử dụng trong mô hình.....................................................40 3.2.1: Mạch đảo chiều ............................................................................40 3.2.2: Mạch tổng......................................................................................43 3.2.3: Mạch điều khiển động cơ..............................................................45 3.3: Linh kiện sử dụng trong mạch..........................................................47 3.3.1: CTHT sử dụng trong mô hình.......................................................47 3.3.2: Rơ le..............................................................................................47 3.3.3: FET................................................................................................48 3.3.4:Transistor........................................................................................48 3.3.5: Tụ điện...........................................................................................50 3.3.6: LM35.............................................................................................50 Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển máy pha cà phê 4.1: Bảng phân công vào ra.....................................................................51 4.1.1: Bảng phân công vào ra mạch tổng................................................51 4.1.2: Bảng phân công vào ra mạch đảo chiều........................................51 4.2: Nguyên lý hoạt động........................................................................53 Kết luận và đề nghị..................................................................................54 SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 2 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Motor điện 1 chiều............................................................................7 Hình 2.1: Vi điều khiển PIC 16F877A............................................................11 Hình 2.2: Kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman...................................12 Hình 2.3: Mạch nạp VĐK...............................................................................14 Hình 2.4:Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân………………………………………………………………………….16 Hình 2.5: Sơ đồ khối PIC 16F877A................................................................18 Hình 2.6: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A.................................................19 Hình 2.7: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A.................................................21 Hình 2.8: Sơ đồ khối của Timer0. ..................................................................25 Hình 2.9: Sơ đồ khối của Timer1....................................................................27 Hình 2.10: Sơ đồ khối Timer2. .......................................................................29 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt độ LM35............................33 Hình 2.12: Nguyên lý để đo dải nhiệt độ âm trên LM35................................33 Hình 2.13: Đọc nhiệt độ đo được từ LM35.....................................................34 Hình 3.1: Mặt trước máy.................................................................................39 Hình 3.2: Nhìn từ trên xuống..........................................................................39 Hình 3.3: Mạch nguyên lý đảo chiều động cơ.................................................41 Hình 3.4: Mạch in đảo chiều động cơ.............................................................41 Hình 3.5: Mạch đảo chiều...............................................................................42 Hình 3.6: mạch nguyên lý mạch tổng..............................................................43 Hình 3.7: Mạch in mạch tổng..........................................................................44 Hình 3.8: Mạch tổng........................................................................................44 Hình 3.9: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ...............................................45 Hình 3.10: Mạch in mạch điều khiển động cơ................................................46 Hình 3.11: Mạch điều khiển động cơ..............................................................46 Hình 3.12: FET (IRF 540)...............................................................................48 Hình 3.13: Transistor.......................................................................................48 Hình 3.14:Chế độ làm việc của tranzitor.........................................................49 SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 3 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Hình 3.15:Tụ điện............................................................................................50 LỜI NÓI ĐẦU Ngay từ thế kỉ thứ 9 sau khi được khám phá ra tại vùng cao nguyên Ethiopia , Café nhanh chóng trở thành một thức uống phổ biến trên toàn cầu . Khác với các loại thức uống khác , chức năng chính của café không phải là giải khát , nhiều người uống nó với mục đích tạo cảm giác hưng phấn . Một ly café vào buổi sáng giúp tỉnh táo hơn trong công việc. Pha cà phê không phải là một việc khó. Chỉ cần bạn có một hỗn hợp bột cà phê mà bạn thích, một số thiết bị và vài phút rảnh rỗi. Có nhiều phương pháp pha cà phê khác nhau thỏa mãn thị hiếu khác nhau. Cà phê Espresso đẫm đầy tính cách, cà phê Thổ nhĩ kỳ (Turkish) nhiều hương thơm, cà phê kiểu Mỹ (Americano) nhẹ, nhiều nước. Tất cả các phương pháp này có một điểm chung, bột cà phê được xử lý trong nước nóng sau đó dung dịch cà phê được lọc ra đầy hương và vị. Tại Việt Nam , có hai kiểu pha café : pha luộc (kinh tế, dễ làm) và pha phin ( khó, đòi hỏi độ tinh tế ) . Cà phê phin ngon hơn, nhưng khó làm, bởi vì nhiều yếu tố. Trời lạnh, nước sôi rót vào phin nguội nhanh. Tráng phin trước là một cách, đổ nước vào làm 2-3 lần là một cách khác tăng độ nóng, nhưng đều chỉ tăng hiệu suất lên một chút thôi. Nếu nén cà phê chặt, nhỏ giọt lâu mới xong, cà phê hơi nhiều cafeine vì bị ngâm nước lâu, hơi nguội một chút khi uống. Nếu nén không chặt, cà phê chảy xuống có pha lẫn bột cà phê, hương thơm chiết ra chưa được hết. Phin pha cà phê nếu dùng loại bằng inox, lỗ phin khá nhỏ, có ren xoáy là hay nhất vì có thể chỉnh độ chặt, lỏng cho vừa. Nếu dùng phin nhôm, lỗ phin to lọt cả bột cà phê xuống, lại không thể nào chỉnh được độ chặt, thì e rằng cà phê khó ngon. SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 4 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo máy café cho nhiều phương pháp pha café khác nhau . Nhưng các loại máy pha café kể trên mang lại phương pháp pha không phù hợp với thị hiếu người Việt hiện nay . Sau khi thực hiện một số khảo sát và nhắm được thị hiếu của người Việt , Nhóm đã thực hiện : “Đồ án thiết kế và chế tạo máy pha café dạng phin” nhằm đáp ứng các yêu cầu tiện lợi và đảm bảo hương vị của café Việt truyền thống . Ngày nay các lĩnh vực về kỹ thuật và tự động hóa đang đi sâu vào các ngành công nghệ thực phẩm cũng như dân dụng mang lại nhiều tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực sản xuất hàng điện tử tiêu dùng . Nhắm được xu thế và kỹ thuật thuật tiến tiến của vi xử lý và dưới sự trợ giúp của hệ thống máy CNC hiện đại mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế và thời gian đã giúp nhóm hoàn thành đúng ý tưởng của nhóm đã đặt ra . Qua đây em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện, trường ĐH Đông Á Đà Nẵng, đã giúp đỡ tạo điều kiện và cung cấp tài liệu để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Đồng thời, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN TUẤN, người thầy trực tiếp giao đề tài và đã rất nhiệt tình hướng dẫn để nhóm chúng em hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này! Đề tài này chúng em đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc chắn đồ án sẽ còn những thiếu sót nhất định. Vậy chúng em mong tiếp tục được sự giúp đỡ của Thầy cô, và sự góp ý chân thành của bạn bè! Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày.....tháng.....năm 2015 SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 5 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Trang 6 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ MÁY PHA CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG 1.1. NHIỆM VỤ: Thiết kế và chế tạo máy pha café kiểu truyền thống theo các yêu cầu sau: - Máy thực hiện đúng chu trình pha café và đảm bảo về vệ sinh thực phẩm và hương vị café đặc trưng - Ứng dụng màn hình tương tác, tạo sự gần gũi với người dùng. 1.2. NHIỆM VỤ CỤ THỂ : - Gia công phần cứng của mạch và các chi tiết của máy - Gia công vỏ máy và các chi tiết của máy - Lập trình cho hoạt động của máy - Thiết kế các bộ phận chính trong máy - Thiết kế và gia công các chi tiết của máy - Nghiên cứu thị trường và định hướng phát triển của máy - Lắp ráp các chi tiết của máy 1.3: CÁC CHUYỀN ĐỘNG CƠ BẢN 1.3.1: Các loại động cơ thường dùng trong máy pha cà phê Hình 1.1: Motor điện 1 chiều SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 7 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á  Motor giảm tốc một chiều Động cơ có đặt tính điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với mục đich sử dụng, do đó những công đoạn cần sự chính xác và tốc độ chậm thì motor giảm tốc 1 chiều là một giải pháp tối ưu Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích điện động cơ. 1.4. Các yêu cầu đối với máy pha cà phê 1.4.1: Yêu cầu về an toàn Đối với máy ép do người vận hành, yêu cầu an toàn là yếu tố quan trọng, vì nếu xảy ra sự cố có thể trả giá bằng cả tính mạng người vận hành. Để đảm bảo cho máy ép hoạt động an toàn tuyệt đối thì mọi bộ phận của máy phải có độ chính xác cao 1.4.2: Yêu cầu chính xác từng công đoạn Các công đoạn hoạt động của máy pha cà phê yêu cầu phải hoạt động và dừng chính xác, khi công đoạn dừng không chính xác sẽ dẫn đến việc không hoạt động hoặc sẽ giảm năng suất làm việc. 1.4.3: Yêu cầu khác Vì máy pha cà phê hoạt động liên tục nên cần phải có nguồn cấp điện liên tục để đảm bảo cho quá trình hoạt động. Vì khâu vận hành cũng khá đơn giản, hầu hết là tự động nên các yêu cầu về sử dụng đơn giản và dễ hiểu. 1.5: Hoạt động chung của máy pha cà phê Những loại máy pha cà phê hiện đại có câu tạo phức tạp, độ an toàn và tin cậy cao. Các thiết bị điện được đưa về một mạch tổng trên máy pha cà phê nhằm đảm bảo độ bền cho mạch. Các dây điện được đi từ động cơ theo cách thanh sắt về mạch tổng. Khi hoạt động, bình đun sẽ đun sữa sôi từ 0- 150°C, khi đó van sẽ mở cà phê chảy xuống ly cà phê, tại đây tùy vào yêu cầu của người cần uống cà phê sẽ bấm cho sữa hoặc cho đường tùy vào khả năng uống nhiều hay ít sữa hay đường người ta sẽ bấm 1 lần để bỏ vừa, hoặc bấm 2 lần tương ứng với bỏ nhiều . 2 nút ấn bật và dừng phòng cho trường hợp dừng pha cà phê khi có sự cố bất ngờ xảy ra SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 8 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.6: ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Thiết bị cơ khí của máy pha cà phê - Hệ thống thiết bị cơ khí dùng để chế tạo máy pha cà phê bao gồm : khung sắt, các bình chứa, và băng chuyền. - Bình đun: với bộ đun nước của ấm diêu tốc ta có thể đun sôi cà phê. - Van xả: khi LM35 tới 95-100°C, dòng điện 220V sẽ kích cho van xã. - Hệ thống trộn để quay trộn hỗn hợp cà phê, đường, sữa. SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 9 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A VÀ CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485 2.1. Giới thiệu chung về VĐK PIC: 2.1.1. Khái niệm cơ bản về VĐK PIC: 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 Instrument 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 Instrument 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. SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 10 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Hình 2.1: Vi điều khiển PIC 16F877A Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM,... Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam. Giá thành không quá đắt. Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập. Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051. Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,… Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,… Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triển. PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 Bit ví dụ PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit , ví dụ PIC16Fxxx), tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với dòng PIC high-end( có độ dài mã lệnh 16bit PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, và các hằng số, hoặc các vị trí ô nhớ, cũng như có các lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, và các lệnh quay trở về, nó cũng có các chức năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep( chế độ hoạt động tiết kiệm SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 11 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á điện ). Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB0, nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM + Ứng dụng của VĐK VĐK thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử, thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v. 2.1.2 Kiến trúc của VĐK PIC Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiến trúc: kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Havard. Hình 2.2: Kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm khác biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Đối với kiến trúc Von-Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm chung trong một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một cách linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý nghĩa khi tốc độ xử lí của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong cùng một thời điểm CPU chỉ có thể tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như vậy có thể nói kiến trúc Von-Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều khiển. Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành hai bộ nhớ riêng biệt. Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 12 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á tương tác với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể. Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu. Ví dụ, đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von-Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của 1 byte (do dữ liệu được tổ chức thành từng byte). Đặc điểm này được minh họa cụ thể trong hình 2.1. 2.1.3 Các dòng PIC và cách lựa chọn VĐK Các kí hiệu của vi điều khiển PIC: PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM) F: PIC có bộ nhớ flash LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 13 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong. Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép. Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. 2.1.4 Ngôn ngữ lập trình cho PIC Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,… 2.1.5 Mạch nạp PIC Hình 2.3: Mạch nạp VĐK Đây cũng là một dòng sản phẩm rất đa dạng dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sử dụng các mạch nạp được cung cấp bởi nhà sản xuất là hãng Microchip như: PICSTART plus, MPLAB ICD 2, MPLAB PM 3, PRO MATE II. Có thể dùng các sản phẩm này để nạp cho vi điều khiển khác thông qua chương trình MPLAB. Dòng sản phẩm chính thống này có ưu thế là nạp được cho tất cả các vi điều khiển PIC, tuy nhiên giá thành rất cao và thường gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình mua sản phẩm. Ngoài ra do tính năng cho phép nhiều chế độ nạp khác nhau, còn có rất nhiều mạch nạp được thiết kế dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sơ lược một số mạch nạp cho PIC như sau: JDM programmer: mạch nạp này dùng chương trình nạp Icprog cho phép nạp các vi điều khiển PIC có hỗ trợ tính năng nạp chương trình điện áp thấp ICSP (In Circuit Serial Programming). Hầu hết các mạch nạp đều hỗ trợ tính năng nạp chương trình này. WARP-13A và MCP-USB: hai mạch nạp này giống với mạch nạp PICSTART PLUS do nhà sản xuất SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 14 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Microchip cung cấp, tương thích với trình biên dịch MPLAB, nghĩa là ta có thể trực tiếp dùng chương trình MPLAB để nạp cho vi điều khiển PIC mà không cần sử dụng một chương trình nạp khác, chẳng hạn như ICprog. P16PRO40: mạch nạp này do Nigel thiết kế và cũng khá nổi tiếng. Ông còn thiết kế cả chương trình nạp, tuy nhiên ta cũng có thể sử dụng chương trình nạp Icprog. Mạch nạp Universal của Williem: đây không phải là mạch nạp chuyên dụng dành cho PIC như P16PRO40. Các mạch nạp kể trên có ưu điểm rất lớn là đơn giản, rẻ tiền, hoàn toàn có thể tự lắp ráp một cách dễ dàng, và mọi thông tin về sơ đồ mạch nạp, cách thiết kế, thi công, kiểm tra và chương trình nạp đều dễ dàng tìm được và download miễn phí thông qua mạng Internet. Tuy nhiên các mạch nạp trên có nhược điểm là hạn chế về số vi điều khiển được hỗ trợ, bên cạnh đó mỗi mạch nạp cần được sử dụng với một chương trình nạp thích hợp. SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 15 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á 2.2 VĐK PIC 16F877A 2.2.1 Sơ đồ chân VĐK PIC 16F877A Hình 2.4:Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 16 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á 2.2.2 Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau: Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep. Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung. Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài. Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh. Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. Watchdog Timer với bộ dao động trong. Chức năng bảo mật mã chương trình. Chế độ Sleep. Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 17 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á 2.2.3 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A Hình 2.5: Sơ đồ khối PIC 16F877A 2.2.4 Tổ chức bộ nhớ Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). + Bộ nhớ chương trình SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 18 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Hình 2.6: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>). Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình + Bộ nhớ dữ liệu SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 19 GVHD: NGUYỄN TUẤN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÔNG Á Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA Trang 20 GVHD: NGUYỄN TUẤN