Thiết kế mạch đo nhiệt độ cao với cặp nhiệt độ Thermocouple

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
**********

ĐỒ ÁN I
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ CAO VỚI
CẶP NHIỆT ĐỘ.
Giáo viên hướng dẫn: Hồng Sĩ Hồng
Thành viên trong nhóm:
Trần Đình Tuyên

20181831

Vũ Quốc Hùng

2018xxxx

Hà Nội, 5 – 2021
1


LỜI NĨI ĐẦU

Với sự tiến bộ khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã
ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ
chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện
đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng các mạch điều khiển được lắp ráp từ các
linh kiện rời như kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy và
công suất tiêu thụ thấp ... Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi
trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con
người như máy giặt, đồng hồ điện tử, ti vi ... nhằm giúp cho đời sống ngày càng

hiện đại và tiện lợi hơn. Đề tài ứng dụng vi điều khiển trong đời sống thực tế rất
phong phú và đa dạng nhằm đáp ứng cho cuộc sống tiện nghi của con người.Với
mục đích tìm hiểu và đáp ứng những u cầu trên em đã lựa chọn một đề tài có
tính ứng dụng trong thực tế, nhưng không quá xa lạ đối với mọi người, đó là
“Mạch đo và hiển thị nhiệt độ”.
Trong quá trình làm đồ án, chúng em được sự chỉ dẫn nhiệt tình của của thầy
…Sự cổ vũ của thầy là động lực lớn lao cổ vũ tinh thần cho chúng em trên con
đường rèn luyện đầy gian lao, vất vả.
Chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức mà chúng em học được ở
trường và tự học một cách hiệu quả nhất song vẫn cịn nhiều thiết sót . Em rất
mong nhận được sự góp ý chân thành từ thầy cô và các bạn. Em xin chân thành
cảm ơn.

2


Chương I: Giới thiệu tổng quan

Mục Lục

1.1.Giới thiệu đề tài ……………………………………………………………………………………….
1.2.Mục tiêu đồ án ……………………………………………………………………………………….
Chương II .Mô tả chung về hệ thống
Chương III. Cơ sở lý thuyết.
3.1.Linh kiện cơ bản sử dụng …………………………………………………………………………
3.2.Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51 trong mạch ……………………………………….
3.3.Tìm hiểu về Thermocouple type K …………………………………………………………….
3.4.Tìm hiểu về IC INA128 …………………………………………………………………………….
3.5.Tìm hiểu về IC ADC0804 ………………………………………………………………………….
3.6.Tìm hiểu về màn hình LCD 16x02 …………………………………………………………….

3.7.Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ LM35 ……………………………………………………….
Chương IV. Thiết kế chi tiết mạch
4.1.Sơ đồ ngun lý chi tiết ……………………………………………………………………………
4.2 Tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện trong mạch …………………………………..
4.3.Làm mạch PCB ………………………………………………………………………………………….
Chương V. Code chương trình đo nhiệt độ
Chương VI. Kết quả và thử nghiệm
Chương VII.Tài liệu tham khảo………………………………………………………………………..

Chương I: Giới thiệu tổng quan

1.1.

Giới thiệu đề tài.
- Đề tài thiết kế mạch đo nhiệt độ cao của chúng em gồm những phần
chính sau:

3


Mô tả chung về hệ thống: Qua phần này,chúng ta sẽ có cái nhìn
tổng quan về hệ thống mà ta muốn thực hiện,các khối chức năng
chính để từ đó đi vào tìm hiểu chi tiết ở phần sau.
• Cơ sở lý thuyết: Sau khi đã có cái nhìn tổng quan chung về hệ
thống đo nhiệt độ thì ở phần này,ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu chi tiết
từng linh kiện,module mà ta sử dụng và cách sử dụng,cấu hình
từng IC,module.Phần này rất quan trọng bởi nó là nền tảng để lựa
chọn loại linh kiện,tính tốn sao cho phù hợp nhất.
• Thiết kế chi tiết mạch :Phần này sẽ chứng minh sự hiểu biết của
chúng em về lý thuyết dựa vào việc ứng dụng lý thuyết vào thực

tế.Ở phần này, chúng em thự hiện việc thiết kế, vẽ sơ đồ Schematic
mạch, tính tốn và lựa chọn linh kiện, làm mạch PCB để có một
mạch hồn chỉnh.
• Code chương trình:Sau khi đã có một mạch hồn chỉnh,chúng em
thực hiện viết code chương trình điều khiển đo nhiệt độ rồi sau đó
nhúng code vào mạch mà chúng em đã làm ở các bước trên.
• Kết quả và thử nghiệm:ở phần này,chúng em tiến hành chạy thử
nghiệm và tinh chỉnh sao cho hợp lý nhất.
1.2 . Mục tiêu đồ án.
- Mục tiêu trước nhất khi thực hiện đề tài này là hoàn thành đồ án I với
một kết quả tốt nhất.
- Thông qua việc thiết kế mạch đo nhiệt độ một cách chi tiết, giúp chúng
em phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề cụ thể được
đặt ra, cụ thể là giúp ta hiểu sâu hơn về những linh kiện điện tử cơ bản,
những IC, vi xử lý, đồng thời rèn luyện kĩ năng thiết kế mạch thủ công,
để từ đó có cái nhìn sâu sắc hơn về áp dụng lý thuyết trên lớp vào một
ứng dụng cụ thể trong thực tiễn.
•

Chính những lợi ích đó cũng là những mục đích mà nhóm sinh viên
chúng em mong muốn đạt được sau đồ án này.

4


Chương II .Mô tả chung về hệ thống

-Giới thiệu sơ lược:
Trái tim mạch: vi điều khiển AT89C51
Nguồn điện cho mạch được cấp qua adapter 5V

Mạch được nạp code qua mạch nạp ISP
Nhiệt độ đo được sẽ hiển thị lên màn hình LCD
-Để hiểu rõ hơn, mời thầy cơ nhìn vào sơ đồ khối của chúng em dưới đây:

5


Sơ đồ hệ thống mạch đo nhiệt độ của chúng em gồm 6 khối chính:
 Khối MCU : chúng em sử dụng vi điều khiển AT89C51 là trung tâm điều









khiển hệ thống.Đây là một vi điều khiển 8bit rất quen thuộc đối với chúng
ta.
Khối nguồn: sử dụng nguồn 5V để nuôi vi điều khiển, nguồn được cấp cho
MCU hoạt động trước khi từ adapter thông qua sẽ đi qua khối nguồn gồm IC
ổn áp ASM1117 và một số tụ lọc.
Khối khuếch đại tín hiệu: do tín hiệu điện áp từ thermocouple phát ra quá bé
để vi điều khiển đọc được nên cần khối khuếch đại trước khi đi vào chân của
vi điều khiển.
Khối ADC: Khối này gồm một con ADC0804 để chuyển đổi điện áp dạng
tương tự sang dạng số 8bit do MCU của chúng ta khơng tích hợp chức năng
ADC.
Khối hiện thị: Ở đây, chúng em sử dụng màn hình LCD16x02 để hiện thị

nhiệt độ sau khi đã xử lý,đo đạc.

6


 Khối nạp code: Sử dụng mạch nạp ISP để nạp chương trình vào vi điều

khiển.
 Nguyên lý hoạt động như sau: Khi mạch được cấp nguồn,tín hiệu từ

cặp nhiệt điện được đưa vào khối khuếch đại sẽ khuếch đại điện áp từ
cặp nhiệt điện đủ để đưa vào bộ ADC rồi đưa vào chân vi điều khiển
có thể đọc được. Tín hiệu tương tự ở đây được xử lý thành tín hiệu số
8bit, tinh chỉnh xử lý, quy đổi ra nhiệt độ rồi hiển thị ra màn hình
LCD.

Chương III .Cơ sở lý thuyết.
3.1.Linh kiện cơ bản được sử dụng
3.1.1. Điện trở

-Điện trở là một linh kiện điện tử có cơng dụng dễ hiểu nhất là để giảm dịng
điện chảy trong mạch (hạn chế cường độ dòng điện). Trong tiếng Anh, resistor là
điện trở.
7


- Khả năng giảm dòng điện của điện trở được gọi là điện trở suất và được đo
bằng đơn vị ohms (đơn vị điện trở). Nếu chúng ta tạo ra sự tương tự với dòng nước
chảy qua các đường ống, thì điện trở là một ống mỏng làm giảm lưu lượng nước.

-Dòng điện I của ampe kế (A) bằng điện áp V của điện trở tính bằng vơn (V)
chia cho điện trở R tính bằng ohms (Ω):

3.1.2 Tụ điện

-Tụ điện là một trong những linh kiện quan trọng trong số 5 linh kiện của
thiết bị điện tử. Tụ điện không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao động và các
loại mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Cấu tạo và hoạt động cũng như ứng dụng
của tụ điện là điều rất cần thiết.
Ứng dụng tụ điện:
- Tụ điện cho phép điện áp xoay chiều đi qua, đồng thời ngăn điện áp 1 chiều
lại. Vì thế nó được dùng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch
điện áp.
- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã loại bỏ pha âm thành điện áp 1 chiều
bằng phẳng
- Với điện xoay chiều thì tụ sẽ dẫn điện cịn với điện một chiều thì tụ lại trở
thành tụ lọc .
8


3.1.3 Thạch anh

-Thạch anh là một trong những nguyên tố quan trọng trong các sản phẩm
linh kiện điện tử. Đặc biệt trong IC điều khiển, chúng được ví như một trái tim của
linh kiện này
Một ứng dụng cơ bản đó chính là thạch anh tạo ra dao động trong mạch (có nhiều
kiểu tạo dao động khác như L- C, R-C…).
-Thạch anh là bộ dao động khá ổn định để tạo ra tần số dao động cho các vi
điều khiển. Đa số các mạch điều khiển đèn Led đều dùng thạch anh có thể là Thạch
anh 12Mhz, 24Mhz… mỗi loại linh kiện sẽ cho ra một xung nhịp khác nhau.

-Thạch anh sử dụng trong điện tử đa phần để tạo ra tần số được ổn định vì
tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch dao
động RC khác….
-Trong vi điều khiển bắt buộc phải có thạch anh (trừ các loại có dao động
nội) vì xét chi tiết thì vi điều khiển có CPU, timer, … CPU bao gồm các mạch
logic và mạch logic muốn hoạt động cũng cần có xung clock, cịn timer thì gồm
các dãy FF cũng cần phải có xung để đếm. Tùy loại VDK mà bao nhiêu xung clock
thì ứng với 1 chu kì máy, và với mỗi xung clock VDK sẽ đi làm 1 công việc nhỏ
ứng với lệnh đang thực thi.Để chạy các câu lệnh trong ic vi điều khiển, bạn cần tạo
ra xung nhịp. Tần số xung nhịp phụ thuộc vào thạch anh gắn trên chân kết nối
thạch anh của vi điều khiển. Ví dụ nhỏ với thạch anh 12MHz, bạn sẽ có xung nhịp
9


1MHz, như vậy chu kỳ lệnh sẽ là 1μs . Để tăng độ ổn định tần số, người ta dùng
thêm 2 tụ nhỏ (33pF x2), tụ bù nhiệt ổn tần.
3.2.Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51

Cấu tạo và chức năng các khối của AT89C51.
• CPU( CPU centralprocessing unit) bao gồm:
 Thanh ghi tích lũy A;
 Thanh ghi tích lũy phụ B;
 Đơn vị logic học (ALU);
 Thanh ghi từ trạng thái chương trình;
 Bốn băng thanh ghi;
 Con trỏ ngăn xếp
• Bộ nhớ chương trình( ROM) gồm 8Kbyte Flash.
• Bộ nhớ dữ liệu( RAM) gồm 256 byte.
• Bộ UART, có chức năng truyền nhận nối tiếp.
• 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện.

• Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngồi 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 khơng cần các bộ nạp chuyên dụng.
• Bộ chia tần số với hệ số chia là 12.
• 4 cổng xuất nhập với 32 chân.
Chức năng các chân của AT89C51
 Port 0( P0.0=>P0.7)
Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu
và địa chỉ( AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp
với các thiết bị ngồi có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ, mạch PIO…
 Port 1( P1.0=>P1.7)
10


Chức năng duy nhất của Port 1 là chức năng xuất nhập cũng như các Port khác.
Port1 có thể xuất nhập theo bit và theo byte.
 Port 2( P2.0=>P2.7)
Port 2 ngoài chức năng là cổng vào/ra như Port 0 và 1 còn là byte cao của bus
địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ ngoài.
 Port 3
Mỗi chân trên Port 3 ngồi chức năng xuất nhập cịn có một chức năng riêng, cụ
thể như sau:
Bit
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6

P3.7

Tên
RXD
TXD
INT0
INT1
TO
T1
/WR
/RD

Chức năng
Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp
Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp
Ngắt bên ngoài 0
Ngắt ngoài 1
Ngõ vào của Timer/counter0
Ngõ vào của Timer/counter1
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.

 Chân /PSEN : là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngồi.
 Chân ALE.

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 7473.
 Chân /EA.
Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngồi. EA=1

thì thực hiện chương trình trong RAM nội. EA=0 thực hiện ở RAM ngoài.
 RST( reset)
Ngõ vào reset trên chân số 9. khi RST=1 thì bộ vi điều khiển sẽ được khởi động
lại thiết lập ban đầu.
 XTAL1, XTAL2
2 chân này được nối song song với thạch anh tần số max=33 Mhz. Để tạo dao
động cho bộ vi điều khiển.
 VCC, GND : cung cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển, cấp qua chân 20 và 40.

Sơ đồ khối AT89C51 trong mạch

11


Nguyên lý hoạt động:
+Chân 9 được nối với mạch reset. Khi nhấn Button1 thì bộ vi điều khiển sẽ được
khởi động lại từ đầu.
+ chân 18-19 được nối với thạch anh 12Mhz. mạch có nhiệm vụ tạo dao động cho
vi điều khiển.
+ chân P1.0=>P1.7. giao tiếp với ADC0804. Cổng P1 này có nhiệm vụ đọc nhiệt
độ thu được từ bộ chuyển đổi.
+P0.0=>P0.7. Lần lượt được nối với đầu vào dữ liệu từ DB4=> DB7 của LCD. Và
các chân EN,WR,RS thông qua điện trở thanh. Có chức năng cấp nguồn, điều
khiển hiển thị LCD theo thao tác khống chế và nhiệt độ đo được.
+P3.0=>P3.3 lần lượt nối với RD , WR, INTR,CS của ADC0804. Nhiệm vụ điều
khiển hoạt động của bộ chuyển đổi số - tương tự.
3.3 Tìm hiểu về thermocouple type K

12

-Thermocouple là loại cảm biến 2 dây với 2 loại chất liệu khác nhau, hoạt
động dựa vào hiệu ứng seeback.

Điện áp đầu ra bởi cặp nhiệt điện:





V: điện áp đo được (V).
S: hệ số Seeback (V/0C).
: chênh lêch nhiệt độ giữa hai đầu mối nối.

Nhiệt độ đo được tính theo công thức:

13


-Trước hết ta hãy tham khảo một vài đặc tính của thermocouple loại k. Dưới
đây là bản điện áp đầu ra của thermocouple loại k khi thay đổi nhiệt độ, rõ ràng
bạn điện áp đầu ra rất bé giả sử khi nhiệt độ mơi trường là 35 0C thì điện áp đầu ra
chỉ 1.407(mv). Nên ta cần phải khuếch đại điện áp trước khi đọc tín hiệu của
chúng.
Bảng 1 . Sự thay đổi điện áp khi nhiệt độ thay đổi. Đơn vị (mV)

Có nhiều cách đọc thermocouple loại k này. Ví dụ như cách đọc như hình sau.

-Đây là cách đọc có bù nhiệt độ, nhưng mỗi lần cần đọc nhiệt độ bạn phải đi
mua vài nghìn nước đá thì mới đo được. Điều đó quả là bất tiện nên một nhiệm vụ

của đồ án này là chúng em sẽ đi giải quyết bài tốn này.

3.4 Tìm hiểu về INA128
Là loại OPAMP thường sử dụng để khuếch đại điện áp trong đo lường cảm biến.
14


-Gồm 3 OPAMP, 2 OPAMP mắc theo kiểu khuếch đại đảo và OPAMP còn
lại mắc theo kiểu vi sai. Ở đây ta chú ý tới RG là điện trở thay đổi giá trị khuếch
đại, công việc của chúng ta là phải đi tính giá trị RG sao cho phù hợp với mục đích
ban đầu.

-Lưu ý rằng , khi đọc nhiệt độ từ thermocouple thì chúng ta nên dùng trở
100(kΩ) mắc vào cực âm của thermocouple.

Điều này được giải thích ở datasheet như sau:
15


“If the differential source resistance is low, the bias current return path can be
connected to one input (see the thermocouple example in Figure 26). With higher
source impedance, using two equal resistors provides a balanced input, with
possible advantages of lower input offset voltage due to bias current and better
highfrequency common-mode rejection.”
Một công thức quan trọng ở phần này là hệ số khuếch đại G:
INA128 gồm 8 chân:
 Vin+ và Vin- (chân 2 và chân 3)sẽ được nối vào hai đầu của cặp nhiệt điện .
 Chân 7 là chân cấp nguồn cho IC
 Chân 4 là chân cấp điện áp âm cho IC,tạo ra bằng cách dẫn nguồn dương
qua ICL7760.

 Chân 1 và chân 8 nối vào hai đầu của điện trở ,chúng ta sẽ tính giá trị này ở
phần sau.
 Chân 5 là chân điện áp tham chiếu Ref.Chúng ta cần thiết kế một mạch bù
điện áp ở đây vì:
- Cặp nhiệt độ được thiết kế 2 đầu( đầu nóng và đầu lạnh),đầu nóng là
nhiệt độ cần đo,đầu lạnh để chính xác phải được đặt ở 0 độ C, như vậy
khi ta đặt cặp nhiệt độ ở mơi trường ngồi,nó sẽ chịu nhiệt độ của môi
trường,dẫn đến kết quả đo sai số lớn,vì vậy,cách tốt nhất ta sẽ thiết kế
mạch bù điện áp vào chân Ref bằng cách dùng con cảm biến nhiệt LM35
đo điện áp môi trường rồi đưa vào chân Ref.
Mạch sử dụng trong đồ án:

3.5 Tìm hiểu về ADC0804
16


-Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng National
Semiconductor. Chip có điện áp ni +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải
thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC.
Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một
đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển
đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và khơng bé
hơn 110µs. Các chân khác của ADC-0804 có chức năng như sau :
-CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp
được sử dụng để kích hoạt Chip ADC-0804. Để truy cập tới ADC0804 thì chân này
phải được đặt ở mức thấp.
-RD (Read): Chân số 2, là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp. Các
bộ chuyển đổi của 0804 sẽ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ
nó ở một thanh ghi trong. Chân RD được sử dụng để cho phép đưa dữ liệu đã được
chyển đổi tới đầu ra của ADC-0804. Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp

áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 –
DB7).
-WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng báo
cho ADC biết để bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung
sườn thấp nên cao thì bộ ADC-0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào
tương tự Vin thành số nhị phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hồn tất thì chân INTR
được ADC hạ xuống thấp.
-CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài
được sử dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 c ũng có một bộ tạo xung đồng
hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được
nối với một tụ điện và một điện trở. Khi đó tần số được xác định bằng biểu thức:
F = 1/(1.1xRC)
17


-Ngắt INTR (Interrupt - ngắt hay gọi chính xác hơn là “kết thúc chuyển
đổi") :Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái
cao và khi việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất thì nó chuyển xuống mức thấp để
báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống
thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu
ra.
-Vin (+) và Vin (-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong
đó Vin = Vin(+) – Vin(-). Thông thường Vin(-) được nối tới đất và Vin(+) được
dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số.
-Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm
điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở.
-Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham
chiếu. Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải
0 đến +5V. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với
dải 0 đến +5V. Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 đến

+5V.
- D0 – D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB
và D0 là bit thấp nhất LSB). Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã
được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD đưa xuống mức
thấp.
Để tính điện áp đầu ra ta tính theo cơng thức sau :
Dout = Vin / Kích thước bước.
Cách tính giá trị điện áp đầu vào :
+ Vin= Độ mịn x Giá trị số đầu ra.
+ Độ mịn = Điện áp tham chiếu / Độ phân giải.
Ví dụ điện áp tham chiếu là 5V, độ phân giải 8 bit = 2^8 = 256.
Giá trị đầu ra là 128 => Vin = 128x 5/256=2,5V.

3.6 Tìm hiểu về LCD16x02

-Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển
thị 2 dịng với mỗi dịng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến.

18


a, Cấu tạo, chức năng các chân của Module LCD 16x2;
Chân Ký
Mức
I/O
Chức năng
số
hiệu
logic
1

Vss
Nguồn cung cấp(GND)
2
Vdd
Nguồn cung cấp(+5V)
3
Vee
I
Điện áp để điều chỉnh độ tương
phản
4
RS
0/1
I
Lựa chọn thanh ghi
0= thanh ghi lệnh
1=thanh ghi dữ liệu
5
R/W
0/1
I
0=ghi vào LCD module
1=đọc từ LCD module
6
E
1,1=>0
I
Tín hiệu cho phép
7
DB1

0/1
I/O
Data bus line 0(LSB)
8
DB2
0/1
I/O
Data bus line1
9
DB3
0/1
I/O
Data bus line2
10
DB4
0/1
I/O
Data bus line3
11
DB5
0/1
I/O
Data bus line4
12
DB6
0/1
I/O
Data bus line5
13
DB7

0/1
I/O
Data bus line6
14
DB8
0/1
I/O
Data bus line7(MSB)
15
Vcc
Nguồn cung cấp
16
GND
mass

19


b, Mạch trong đồ án

Ở đây, ta sử dụng biến trở tinh chỉnh 10K để điều khiển độ tương phản của
màn hình LCD, và điện trở thanh do Port0 của vi điều khiển khơng tích hợp điênh
trở kéo lên.Chúng em sử dụng LCD ở chế độ 4bit lên chân từ D0=>D4 khơng sử
dụng.

Lệnh

Xóa màn
hình

c, Ngun tắc hiển thị ký tự trên LCD
một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau:
1) Xóa tồn bộ màn hình.
2) Đặt chế độ hiển thị.
3) Đặt vị trí con trỏ (nơi bắt đầu của ký tự hiển thị).
4) Hiển thị ký tự.
Chú ý:
+Các bước 3, 4 có thể lặp lại nhiều lần nếu cần hiển thị nhiều ký tự.
+ Mỗi khi thực hiện ghi lệnh hoặc ghi dữ liệu hiển thị lên LCD cần phải kiểm tra
cờ bận trước. Vì vậy, cần phải chủ động phân phối thời gian khi ra lệnh cho
LCD( ví dụ sau khi xóa màn hình sau khoảng 2ms mới ra lệnh khác vì thời gian để
LCD xóa màn hình là 1,64ms).+chế độ hiển thị mặc định sẽ là hiển thị dịch, vị trí
con trỏ mặc định sẽ là đầu dòng thứ nhất.
d. Mã lệnh của LCD HD4480
Mã lệnh
Mô tả
Thời
gian
thi
hành
RS R/ DB DB DB DB DB DB DB DB
W 7
6
5
4
3
2
1
0
0

0

0

0

0

0

0

0
20

0

1

Xóa màn hình
1.64
đưa con trỏ về vị ms


trí đầu
Đưa con
trỏ về vị
trí đầu
Thiết lập

chế độ

0

0

0

0

0

0

0

0

1

x

Đưa con trỏ về
vị trí đầu

1.64
ms

0

0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

40us

Bật tắt
hiển thị

0

0

0

0

0

0

1

D

C

B

Dịch con
trỏ hiển
thị

0

0

0

0

0

1

S/C

R/L

*

*

Thiết lập
chức
năng
Thiết lập
địa chỉ
CGRAM
Thiết lập
địa chỉ
DDRAM
Đọc cờ
báo bận
và địa chỉ
CGRAM/
DDRAM

0

0

0

0

1

DL

N

F

*

*

0

0

0

1

Thiết lập hướng
dịch chuyển con
trỏ(I/D), dịch
hiển thị(S)
Bật tắt hiển thị,
con trỏ; bật tắt
chế độ nhấp
nháy con trỏ
Thiết lập chiều
dịch chuyển của

con trỏ và hiển
thị
Thiết lập độ dài
của dữ liệu, số
dòng và font chữ
Thiết lập địa chỉ
CGRAM

0

0

1

DDRAM address

Thiết lập địa chỉ
DDRAM

40us

0

1

BF

CGRAM/ DDRAM address

40us

Ghi
1
CGRAM/
DDRAM
Đọc
1
CGRAM/
DDRAM

0

Write data

1

Read data

Đọc cờ báo bận
và địa chỉ của
CGRAM hoặc
DDRAM( tùy
vào lệnh trước
đó)
Ghi dữ liệu vào
CGRAM hoặc
DDRAM.
Đọc dữ liệu từ
CGRAM hoặc
DDRAM

CGRAM address

21

40us

40us

40us
40us

40us
40us


E,Các bit viết tắt trong mã lệnh.
Tên bit
Mô tả
I/D
0=không dịch chuyển vị trí con trỏ
S
=0 khơng dịch chuyển hiển thị
D
0=tắt hiển thị
C
0=tắt con trỏ
B
0=con trỏ không nhấp nháy
S/C

0=di chuyển con trỏ
R/L
0= dịch trái
DL
0=chế độ 4bit dữ liệu
N
0=1 dòng
F
0= font 5x7
BF
0= khơng bận

1=dịch chuyển vị trí con trỏ
=1 dịch chuyển hiển thị
=1 bật hiển thị
=1 bật con trỏ
=1 con trỏ nhấp nháy
=1 dịch chuyển hiển thị
=1 dịch phải
=1 chế độ 8bit dữ liệu
1= 2 dòng
1= font 5x10
1= đang bận

3.7 Cảm biến nhiệt độ LM35

a. Giới thiệu
- Cảm biến nhiệt độ LM35 có điện áp Analog đầu ra tuyến tính theo nhiệt độ
thường được sử dụng để đo nhiệt độ của môi trường hoặc theo dõi nhiệt độ của
thiết bị,…, cảm biến có kiểu chân TO-92 với chỉ 3 chân rất dễ giao tiếp và sử dụng

gồm 1 chân tín hiệu S,1 chân nối nguồn 5V,1 chân nối GND
b. Thông số kỹ thuật lm35
Điện áp hoạt động: 4~20VDC
Công suất tiêu thụ: khoảng 60uA
Khoảng đo: -55°C đến 150°C
Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C
Sai số: 0.25°C
22


Kiểu chân: TO92
Kích thước: 4.3 × 4.3mm
-LM35 có độ chuẩn xác hơn kém 0,4 ° C ở nhiệt độ phòng bình thường và
hơn kém 0,8 ° C trong khoảng 0 ° C đến + 100 ° C. Một đặc tính quan trọng hơn
của cảm biến này là rằng nó chỉ thu được 60 microamps từ nguồn cung ứng và có
khả năng tự sưởi ấm thấp.
-Một số tính chất của cảm biến LM35:
Đầu ra của cảm biến nhiệt độ lm35 thay đổi diễn tả tuyến tính.
Điện áp o / p của cảm biến IC này tỉ lệ với nhiệt độ Celsius.
Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C.
Được vận hành dưới 4 tới 30 vôn.

23


Chương IV. Thiết kế chi tiết mạch
4.1. Sơ đồ nguyên lý chi tiết

Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ cao
-Sơ đồ nguyên lý được chia làm nhiều khối với từng chức năng riêng,đầu

tiên khi có nguồn điện đi vào jack DC thông qua adapter sẽ được lọc nhiễu,ổn áp
thêm lần nữa qua IC ASM1117 và tụ lọc nguồn.Thermocouple sẽ được nối vào 1
header 2 chân rồi cấp 2 chân của Vin+ và Vin-.LM35 sẽ đo nhiệt độ môi trường
đấu và chân điện áp tham chiếu của INA128.Chân V- của INA128 tạo điện âm
bằng cách đưa nguồn VCC qua ICL7660.Điện trở Rg ta sẽ tính ở phần sau phù hợp
với giá trị khuếch đại mình cần.
-Sau đó chân VO của INA128 sẽ đưa vào đầu Vin+ của ADC0804.Từ đó sau
khi kich hoạt ADC thơng qua 4 chân INTR,WR,RD,CS thì 4 chân DB0 đến DB7
24


sẽ chuyển từ tín hiệu điện áp tương tự sang số dạng 8bit tương ứng với PORT0 của
AT89C51 rồi đọc giá trị đó qua LCD.
- MCU được kết nối riêng với một header5x2 theo chuẩn SPI để cắm vào
mạch nạp ISP nạp code cho vi điều khiển.AT89C51 sử dụng thạch anh
ngồi 12MHZ.Ta sẽ tính tốn cụ thể ở phần dưới.
4.2 Tính tốn thơng số, lựa chọn linh kiện trong mạch
• 4.2.1. Thiết kế nguồn

-Phần nguồn được thiết kế đơn giản, ở phần này để lọc nguồn, ta chỉ cần
chọn 1,2 con tụ gốm 104 để lọc nguồn.
• 4.2.2.Lựa chọn khối dao động

-8051 sử dụng thạch anh 12Mhz ta sẽ có xung nhịp 1MHz, như vậy chu kỳ
lệnh sẽ là 1μs .Và để tăng độ ổn định tần số, người ta dùng thêm 2 tụ nhỏ C1, C2
(33pF x2), tụ bù nhiệt ổn tần.
25