VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51: ..........................................................3
I. Giới thiệu: .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
1. Đặc trưng: .......................................................................................................................3
2. Chức năng chân: .............................................................................................................4
3. Bộ nhớ:............................................................................................................................5
4. Timer: ..............................................................................................................................6
5. Serial port: .......................................................................................................................7
6. Ngắt (interrupt): ..............................................................................................................8
II. Tổ chức bộ nhớ: .................................................................................................................9
1. Ran đa dụng: .................................................................................................................10
2. Địa chỉ trực tiếp: ...........................................................................................................12
3. Địa chỉ gián tiếp: ........................................................... Error! Bookmark not defined.
4. Địa chỉ tức thời: ............................................................................................................12
5. Địa chỉ tương đối: ....................................................... 1Error! Bookmark not defined.
6. Địa chỉ tuyệt đối:...........................................................................................................13
7. Địa chỉ dài .....................................................................................................................13
8. Địa chỉ tham chiếu: .......................................................................................................13
III. Các nhóm lệnh: ...............................................................................................................14
1. Nhóm lệnh xử lý số học: ...............................................................................................14
2. Nhóm lệnh luận lý:........................................................................................................15
3. Nhóm lệnh chuyển dữ liệu: ...........................................................................................15
4. Nhóm lệnh chuyển điều khiển: .....................................................................................16
CHƯƠNG II: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ: ...................................................................................18
I. Khái niệm nhiệt độ và thang đo nhiệt độ:..........................................................................18
II.Các loại cảm biến nhiệt độ và ưu khuyết điểm của chúng: ...............................................19
1. Đặc tính của cảm biến nhiệt thermocouple: ..................................................................19
1.1. Nguyên lý ...............................................................................................................19
1.2. Cách đo hiệu điện thế .............................................................................................20

1.3. Các loại thermocouples : ........................................................................................21
1.4. Tầm đo Thermocouples : .......................................................................................22
1.5. Bảng tham chiếu thermocouples: ...........................................................................22
1.6. Cách sử dụng: ........................................................................................................23
2. Đặc tính của nhiệt điện trở RTD: ..................................................................................24
3. Đặc tính của thermistor: ................................................................................................24
4. IC cảm biến nhiệt: .........................................................................................................24
4.1. Một số tính chất cơ bản của LM35: .......................................................................25
4.2. Thiết kế cụ thể mạch cảm biến LM35: ..................................................................26
4.3. Thiết kế mạch khuếch đại theo lý thuyết: ..............................................................26
5. Uưu khuyết điểm của các loại cảm biến: ......................................................................28
5.1. Thermocouple: .......................................................................................................28
5.2. RTD: ......................................................................................................................28


5.3. Thermistor: .............................................................................................................29
5.4. IC cảm biến: ...........................................................................................................29
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LÒ NHIỆT : .......................................30
I. Điều khiển ON-OFF: .........................................................................................................30
1. Mô tả hoạt động: ...........................................................................................................30
2. Hiệu chỉnh: ....................................................................................................................30
II. Điều khiển tỉ lệ (P) : .......................................................................................................31
III. Điều khiển tích phân (I) : ................................................................................................32
IV. Điều khiển tích phân – tỉ lệ (PI) : ...................................................................................32
V. Điều khiển vi phân (D) : .................................................................................................33
VI. Điều khiển vi phân – tỉ lệ (PD): ......................................................................................34
VII.Điều khiể vi phân – tích phân – tỉ lệ (PID): ...................................................................35
1. Điều khiển PID liên tục: ...............................................................................................35
1.1. Hàm điều khiển: .....................................................................................................35
1.2. Thời trể:..................................................................................................................37

2. Điều khiển PID rời rạc: .................................................................................................37
2.1. Khái niệm: ..............................................................................................................37
2.2. Sự hiệu chỉnh thực tế của bộ điều khiển: ...............................................................37
2.3. Sự hiệu chỉnh PID đối với đối tượng lò nhiệt: .......................................................38
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ...........................................................44
I. Sơ đồ khối:.........................................................................................................................44
1. Mạch nguồn: .................................................................................................................44
1.1. Nguồn 5V: .............................................................................................................44
1.2. Nguồn 12V: ...........................................................................................................44
2. Vi điều khiển AT89C51: ...............................................................................................45
3. Mạch ADC: ...................................................................................................................46
3.1. Xung clock cho ADC: ............................................................................................46
3.2. ADC0809: ..............................................................................................................48
4. Mạch LED hiển thị: ......................................................................................................52
5. Mạch khuếch đại analog: ..............................................................................................54
6. Mạch động lực: .............................................................................................................55
II. Sơ đồ nguyên lý:...............................................................................................................56
CHƯƠNG V: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH:.............................................57
I. Lưu đồ giải thuật: ..............................................................................................................57
1. Lưu đồ giait thuật tổng quát: .........................................................................................57
2. Lưu đồ giải thuật quét led: ............................................................................................58
3. Lưu đồ giait thuật ADC: ...............................................................................................58
4. Lưu đồ giải thuật PID: ..................................................................................................60
5. Lưu đồ tính giá trị M0, M1, M2: ..................................................................................60
II. Chương trình: ...................................................................................................................63
KẾT QUẢ THI CƠNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: ...............................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................73


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

LỜI CẢM ƠN:
Trước khi vào luận văn này em xin cảm ơn các
thầy cô bộ môn Điều Khiển Tự Động đã truyền đạt cho
em các kiến thức trong suốt thời gian qua. Em xin cảm
ơn thầy Dương Hồi Nghĩa cùng các thầy cơ trong bộ
mơn đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm
luận văn qua. Và em cũng xin cảm ơn cha mẹ, bạn bè
đã giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Phan Ngọc Quốc

SVTH: Phan Ngọc Quốc

1

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hồi Nghĩa

LỜI NĨI ĐẦU

Kỹ thuật vi điều khiển ngày nay rất phổ biến, nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh
vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, và hỗ trợ nhiều lĩnh vực khác. So với kỹ thuật số

thì vi điều khiển gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và được lập trình để điều
khiển.
Với tính năng ưu việt của vi điều khiển mà trong phạm vi luận văn này em chỉ
dung vi điều khiển để đo và hiển thị nhiệt độ. Đây chỉ là một ứng dụng rất nhỏ, thông
dụng của vi điều khiển trong nhiều ứng dụng của chúng.
Những hiểu biết học được cộng thêm những tài liệu tham khảo, tuy có thể hồn
thành luận văn náy nhưng khơng tránh khỏi nhiều thiếu xót mong các thầy cơ xem và chỉ
them cho em.
Để hoàn thành luận văn này em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng
dẫn và sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè.

Sinh viên thực hiện:
Phan Ngọc Quốc

SVTH: Phan Ngọc Quốc

2

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51
I.Giới thiệu :
Giới thiệu khái quát về họ IC MCS-51™MCS-51 là một họ IC vi điều khiển do
Intel phát triển và sản xuất. Một số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích
với các sản phẩm MCS-51 của Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu,

Philips, Atmel…
Các IC của họ MCS-51 có các đặc trưng chung như sau:
- 4 port I/O 8 bit
- Giao tiếp nối tiếp
- 64K không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
- 64K khơng gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
- Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn)
- 210 bit được địa chỉ hóa
- Bộ nhân/chia 4 s.
Ngoài ra, tùy theo số hiệu sản xuất mà chúng có những khác biệt về bộ nhớ và bộ
định thời/bộ đếm như trong bảng so sánh dưới đây:
TÊN LINH
KIỆN
8051
8031
8751
8951
8052
8032
8752
8952

BỘ NHỚ CHƯƠNG
TRÌNH TRÊN CHIP
4 KB MROM
0 KB
4 KB EPROM
4 KB flash ROM
8 KB MROM
0 KB

8 KB EPROM
8 KB flash ROM

BỘ NHỚ DỮ LIỆU
TRÊN CHIP(BYTES)
128
128
128
128
256
256
256
256

TIMER
2
2
2
2
3
3
3
3

AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và cơng suất
thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ
không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của
80C51 và 80C52 về chân ra và bộ lệnh. Vì lý do đó, kể từ đây về sau ta sẽ dùng thuật
ngữ “80C51” (hoặc "8051")

1. Đặc trưng
+ Tương thích với các sản phẩm MCS-51
+ 4KByte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại với 1000 chu kỳ đọc/xoá
+ Hoạt động tĩnh đầy đủ: 0Hz đến 24MHz
+ Khoá bộ nhớ chương trình ba cấp
SVTH: Phan Ngọc Quốc

3

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

+ 128 x 8 bit RAM nội
+ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port)
+ Hai timer/counter 16 bit
+ Một port nối tiếp song cơng lập trình được
+ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip
Cấu hình chân của AT89C51 như sau:

2. Chức năng các chân
Gồm 40 chân :
+Port 0 :
Có 8 chân từ P0.0 đến P0.7 . Có 2 chức năng :
Data / Địa chỉ : có sẵn điện trở kéo lên bên trong . Data / Địa chỉ được
Multiplex theo thời gian : nữa chu kì đầu Port 0 là địa chỉ , nửa chu kì sau nó là Data .
I /O : khơng có sẵn điện trở kéo lên bên trong , khi sử dung chức năng này phải

kéo điện trở bên ngoài .
+Port 1 : 8 châ n P1.0 - P1.7 . Có 1 chức năng :
I / O : có sẵn điện trở kéo lên bên trong .
+Port 2 : 8 chân P2.0 – P2.7 . Có 2 chức năng :
I / O : có sẵn điện trở kéo lên bên trong .
Địa chỉ : có chức năng là địa chỉ byte cao .
+Port 3 : 8 chân P3.0 – P3.7 . Có 2 chức năng :
I / O : có sẵn điện trở kéo lên bên trong .
Chức năng riêng cho từng chân :
P3.0
SVTH: Phan Ngọc Quốc

RxD

Ngõ thu nối tiếp
4

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6

P3.7

TxD
INT 0
INT 1
T0
T1
WR
RD

Ngõ phát nối tiếp
Ngõ Interrupt 0
Ngõ Interrupt 1
Ngõ vào Timer 0
Ngõ vào Timer 1
Tín hiệu điều khiển ghi
Tín hiệu điều khiển đọc

ALE (Adress Latch Enable ) : tín hiệu chốt địa chỉ .
+ PSEN (Program Store Enable ) : tín hiệu cho phép bộ nhớ chương trình .
+ EA (External Access ) : tín hiệu điều khiển truy xuất ngồi .
+RST : chân Reset , tích cực mức cao .
+XTAL1 , XTAL2 : chân gắn thạnh anh.
+VCC : chân nguồn .
+VSS : chân mass .

3. Bộ nhớ
RAM nội
Có 128 byte RAM nội được đánh địa chỉ từ 00H : 7FH và được chia làm 3 vùng :
Vùng bank thanh ghi :

Gồm 32 byte
+Bank 0 : 00h : 07H.
+Bank 1 : 08H : 0FH
+Bank 2 : 10H : 17H
+Bank 3 : 18H : 1FH
Trong mỗi bank các thanh ghi được sắp xếp theo thứ tự từ R0 đến R7 . Bank mặc
nhiên là bank 0 .
Vùng RAM định vị Bit:
Gồm 128 byte được đánh địa chỉ từ 20H : 2FH . Ngoài khả năng định vị theo byte
cịn có khả năng định vị theo bit .
Vùng RAM đa dụng :
Gồm 80 byte từ 30H : 7FH
Vùng bộ nhớ từ 80H : FFH là vùng chứa các thanh ghi chức năng gồm :
Thanh ghi A (Accomulator ) . Đó chính là ơ nhớ ACC ( hay ơ nhớ E0H)
Thanh ghi B : cịn gọi là ô nhớ B hay ô nhớ F0H .
Thanh ghi PSW ( Program Status Word – thanh ghi trạng thái chương trình ):
hay cịn gọi là ơ nhớ D0H hay ô nhớ PSW .
CY

AC

F0

RS1

RS2

OV

-

P

- Bit CY : cờ nhớ C trong các phép toán số học .
- Bit AC ( Auxilary Carry ) : cờ nhớ phụ .
- Bit F0 : cờ nhớ dành cho người sử sụng .
- Bit RS1 , RS0 ( Register Bank ) : dùng để chọn bank thanh ghi hoạt động .
SVTH: Phan Ngọc Quốc

5

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

RS1
0
0
1
1

RS0
0
1
0
1

Bank
0
1
2
3

- Bit OV (Over Flag ) : cờ tràn , được set lên khi phép toán bị tràn ( vượt quá tầm
giá trị số có dấu tứ –127 – +128 ).
-Bit Parity : cờ Parity .
Thanh ghi SP ( Stack Pointer ) có nhiệm vụ là con trỏ ngăn xếp dùng để xác
định vùng địa chỉ ngăn xếp . Mặc nhiên SP = 07H .
Nguyên tắc hoạt động của stack :
Cất dữ liệu vào Stack :
PUSH địa chỉ ô nhớ
Lấy data từ Stack :
POP địa chỉ ô nhớ .
Thanh ghi DPTR ( Data Pointe ) : là thanh ghi 16 bit dùng làm con tro dữ liệu .
Được tạo từ 2 ô nhớ 8 bit đó là DPH và DPL .
Thanh ghi Port : có 4 thanh ghi Port đại diện cho 4 Port P0 , P1 , P2 , P3 .
Thanh ghi Timer :
Thanh ghi TH0 , TL0 của Timer 0 .
Thanh ghi TH1 , TL1 của Timer 1 .
Thanh ghi TMOD : Timer Mode .
Thanh ghi TCON : Timer Connntroller .
Thanh ghi Serial
Thanh ghi SBUF : Serial Buffer .
Thanh ghi SCON : Serial Contrller .
Thanh ghi Interrupt
Thanh ghi IE : Interrupt Enable .
Thanh ghi IP : Interrupt Priority .

Thanh ghi PCON (Power Contrl ) : khơng có khả năng định vị bit .
SMOD

-

-

-

GF1

GF2

PD

IDL

Khi SMOD = 1 thì tốc độ truyền nối tiếp tăng gấp đôi .
GF1 , GF2 : là 2 cờ dành cho người sử dụng .
Khi PD = 1 89C51 sẽ vào trạng thái Power Down (Standby ) , chỉ thốt ra
được khi có tín hiệu Reset .
IDL =1 , thì 89C51 vào trạng thái IDLE chì thốt được khi có tín hiệu
Reset hay Interrupt .
* Bộ nhớ ngồi2
89C51 có khả năng quản lí tối đa 64K RAM ngồi và 64K ROM ngồi .

4. Timer :
Họ 8051 có 2 bộ Timer 16 bit : Timer 0 và Timer 1 .
SVTH: Phan Ngọc Quốc

6

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

Timer 0 sử dụng 2 thanh ghi TH0 và TL0 làm bộ đếm .
Timer 1 sử dụng 2 thanh ghi TH1 và TL1 làm bộ đếm .
Để sử dụng Timer trước hết cần xác lập thanh ghi TMOD ( khơng có khả năng định
vị bit ) .
GATE

C/ T

M1

M0

GATE

C/ T

Timer 1
+M1 , M0 : dùng để chọn chế độ hoạt động .

M1

M0

Timer 0

M1
M0
Mode
0
0
0
0
1
1
1
0
2
1
1
3
+Gate : mặc nhiên Gate = 0 ( chế độ làm việc bình thường ) . Khi Gate = 1
bộ đếm chỉ hoạt động khi tín hiệu vào ngõ INT x = 1 .
Thanh ghi TCON ( Timer Controller ) : có khả năng định vị bit
TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

+TFx (Timer Flag ) : cờ tràn . Ngay khi bộ dếm tràn thì TFx = 1 . Cờ này chỉ
có thể xố bằng phần mềm .
+TRx ( Timer Run ) : TRx = 1 : bộ đếm hoạt động . TRx = 0 bộ đếm ngưng
hoạt động .
Các chế độ hoạt động :
+Mode 0 : chế độ hoạt động 16 bit , Timer chỉ sử dụng 5 bit thấp của thanh ghi TL ,
và 8 bit cao của thanh ghi TH .
+Mode 1 : chế độ hoạt động 16 bit .
+Mode 2 : chế độ hoạt động 8 bit với khả năng tự động nạp lại . Timer sử dụng
thanh ghi TL làm bộ đếm , khi tràn giá trị của thanh ghi TH sẽ đ-ợc nạp lại cho thanh
ghi TL .
+Mode 3 : chế độ tách Timer
Timer 0 được tách làm 2 bộ đếm .
Có 3 bộ đếm gồm :
TL0 : có cờ tràn là TF0 .
TH0 : có cờ tràn là TF1 .
Timer 1 : khơng có cờ tràn .

5. Serial port
Có 2 thanh ghi SBUF cùng địa chỉ : 1 dành cho phát , 1 dành cho thu . Để khởi động
bộ thu phát nối tiếp , trước hết cần xác lập thanh ghi SCON ( khơng có khả năng định vị
bit ) .

SVTH: Phan Ngọc Quốc

7

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp
SM0

SM1

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

+SM0 , SM1 : xác định chế độ hoạt động .
SM1
0
0

1
1

SM0
0
1
0
1

Mode
0
1
2
3

+SM2 : dùng để xác lập chế độ truyền thơng đa xử lí .
+REN (Receive Enable ) : tín hiệu cho phép thu .
REN = 1 : cho phép thu .
REN = 0 : không cho phép thu .
+TB8 ( Transmit Bit 8 ) : là bit phát thứ 9 , chỉ sử dụng trong chế độ 9 bit
+RB8 ( Receive Bit 8 ) : bit thu thứ 9 , chỉ sử dụng trong chế độ 9 bit .
+TI ( Transmit Interrupt ) : cờ ngắt phát , được set lên 1 khi phát xong 1 byte
, chỉ xoá được bằng phần mềm .
+RI ( Receive Interrupt ) : cờ ngắt thu , được set lên 1 khi thu xong 1 byte ,
chỉ xoá được bằng phần mềm .
Các chế độ hoạt động :
- Mode 0 : chế độ thanh ghi dịch 8 bit . Trong chế độ này , Data được dịch ra hoặc
vào thông qua chân RxD , chân TxD đảm nhận việc phát ra xung clock cho việc dịch
.
- Mode 1 : chế độ UART 8 bit , tốc độ baudrate thay đổi được .

Data được thu phát theo từng khung 10 bit :
1 Start bit mức 0 .
8 bit Data theo thứ tự từ D0 đến D7 .
1 Stop bit mức 1 .
Tốc độ truyền
Baudrate = Tần số tràn cùa Timer 1 / 32 (nếu SMODE = 0)
Baudrate = Tần số tràn của Timer 1 / 16 (nếu SMODE = 1)
- Mode 2 : UART 9 bit , tốc độ baud cố định .
Một khung dữ liệu gồm 11 bit :
1 Start bit mức 0 .
8 bit Data ( từ D0 đến D7) .
1 bit thứ 9 được lấy từ TB8 khi phát và RB8 khi thu .
1 Stop bit .
- Mode 3 : UART 9 bit , tốc độ Baud thay đổi được .
Là sự kết hợp giữa mode 1 và Mode 2 .

6. Ngắt (Interrupt)
Có 5 ngắt :
2 ngắt ngoài
2 ngắt Timer .
SVTH: Phan Ngọc Quốc

8

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

1 ngắt Serial Port .
Cho phép ngắt bằng cách xác lập thanh ghi IE ( Interrupt Enable ) có khả năng
định vị bit .
EA

ES
ET1
EX1
ET0
EX0
+EA : Enable All
+ES : Enable Serial
+ET1 : Enable Timer 0
+ET1 : Enable Timer 1 .
+EX1 : Enable External 1 .
+EX0 : Enable External 0 .
Một ngắt được cho phép khi bit EA = 1 và bit cho phép tương ứng bằng 1 .
Xác lập ưu tiên bằng thanh ghi IP ( Interrupt Priority ) có khả năng định vị bit .

-

PS
PT1
PX1
PT0
PX0
+Mức 0 : ưu tiên thấp .
+Mức 1 : ưu tiên cao .
Khi 2 ngắt xảy ra đồng thời ngắt nào có ưu tên cao hơn thì được thực hiện trước.

Khi 2 ngắt có cung ưu tiên xảy ra thì sẽ được thực hiện theo thứ tự sau : ngắt ngoài 0
, ngắt Timer 0 , ngắt ngoài 1 , ngắt Timer 1 , Ngắt Serial .
Quá trình thực hiện ngắt :
+Ngắt ngoài : tác động ngắt xảy ra khi có 1 tín hiệu mức thấp hoặc cạnh xuống đưa
đến chân INT x . Việc xác lập tích cực mức thấp hay cạnh xuống bằng cách xác lập
bit ITx trong thanh ghi TCON .
ITx = 0 : ngắt ngoài tác đơng mức thấp .
ITx = 1 : ngắt ngồi tác động cạnh xuống .
Khi có sự tác động mức thấp hay cạnh xuống ở chân INT x thì cờ ngắt ngoài
IEx được set lên 1 .
+Ngắt Timer : xảy ra khi Timer bị tràn .
+Ngắt Serial : tác động ngắt xày ra khi thu hoặc phát xong 1 byte .
Quá trình xảy ra ngắt
+Khi cờ ngắt lên 1 sẽ xảy ra ngắt .
+Gọi chương trình phục vụ ngắt .
+Xong khi thực hiện xong ngắt , cờ ngắt tương ứng sẽ được xoá về 0 ( trừ cờ TI
và RI ) và quay về chương trình hiện hành .

II.Tổ chức bộ nhớ :
8051 / 8031 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng cho bộ nhớ riêng
biệt cho chương trình dữ liệu. Như đ nĩi ở trn, cả chương trình v dữ liệu cĩ thể ở bn trong
8051, d vậy chng cĩ thể được mơ rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64
Kbytes bộ nhớ chương trình v 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM (8051) và RAM trên chip, RAM trên chip bao
gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank
thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

9

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hồi Nghĩa
FFFF

FFFF
Bộ nhớ
chương
trình

Bộ nhớ
dữ liệu

FF
được chọn
qua PSEN
00

được chọn
qua WR
V RD

0000

0000

Hình 2.3 : Vùng nhớ của 8031 / 8051
Hai đặc tính chất cần lưu ý là :
Các thanh ghi và các port xuất nhập được xếp trong bộ nhớ và có thể được truy
xuất trực tiếp như các địa chỉ bộ nhớ khác.
- Ngăn xếp bân trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi
xử lí khác.
 Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip :
Như ta được thấy trên hình sau, RAM bên 8051/ 8031 được phân chia giữa các
bank thanh ghi (00H – 1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H – 2FH), RAM đa dụng
(30H – 7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H – FFH).

1. Ram đa dụng:
Địa chỉ byte

Địa chỉ bit

7F
RAM đa dụng
30
2F
2E
2D
2C
2B
2A
29
28
27
26
25

24
23
22
21
20
1F
18

SVTH: Phan Ngọc Quốc

7F
77

7E
76

7D
75

7C
74

7B
73

7A
72

79
71

78
70

6F

6E

6D

6C

6B

6A

69

68

67
5F
57
4F
47
3F
37
2F
27
1F

17
0F

66
5E
56
4E
46
3E
36
2E
26
1E
16
0E

65
5D
55
4D
45
3D
35
2D
25
1D
15
0D

64

5C
54
4C
44
3C
34
2C
24
1C
14
0C

63
5B
53
4B
43
3B
33
2B
23
1B
13
0B

62
5A
52
4A
42

3A
32
2A
22
1A
12
0A

61
59
51
49
41
39
31
29
21
19
11
09

60
58
50
48
40
38
30
28
20

18
10
08

10

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

17
10
0F
08
07
00

07

06

05

04

03

02

01

00

BANK 3
BANK 2
BANK 1
Default register
Bank for ROR7

Bảng tóm tắt bản bản đồ vùng nhớ trên chip data 8051
Địa chỉ byte

Địa chỉ bit

FF
F0

F7

F6

F5

F4

F3

F2

F1

F0

B

E0

E7

E6

E5

E4

E3

E2

E1

E0

ACC

D0

D7

D6 D5

D4

D3

D2

D1

D0

PSW

B8

-

-

BC

BB

BA

B9

B8

IP

B0

B7

B6 B5

B4

B3

B2

B1

B0

P3

-

AC

AB

AA

A9

A8

IE

A4

A3

A2

A1

A0

P2

A8 AF
A0

A7

-

-

A6 A5

SBUF

99
98

Not bit addressable
9F 9E 9D 9C

9B

9A

99

98

SCON

90

97

93

92

91

90

P1

8D
8C
8B
8A
89

96

95

94

88
87

Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
Not bit addressable
8F 8E 8D 8C
Not bit addressable

83
82

Not bit addressable
Not bit addressable

SVTH: Phan Ngọc Quốc

11

TH1
TH0

8B

8A

89

88

TL1
TL0
TMOD
TCON
PCON
DPH
DPL

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
81

80

Not bit addressable
87 86 85 84

83

82

81

80

SP
PO

Tĩm tắt bộ nhớ dữ liệu trn chip
Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách
đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ, để đọc nội dung ở địa chỉ 5FH của RAM nội
vào thanh ghi tích lũy lệnh sau sẽ được dùng :
MOV A, 5FH
Lệnh này di chuyển một búyt dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để xác định
“địa chỉ nguồn” (5FH). Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong m lệnh l thanh ghi
tích lũy A.
RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua
RO hay R1. Ví dụ, sau khi thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn ở trên :
MOV R0, #5FH
MOV A, @R0
Lệnh đầu dùng đị hỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi R0 và lệnh
thứ hai dùng địa trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi R0” vào thanh ghi tích lũy.

2. Địa chỉ trực tiếp:
Trong chế độ này, các thanh ghi bên trong 8051/8031 được đánh địa chỉ trực tiếp
bằng 8 bit địa chỉ nằm trong byte thứ hai của m lệnh.

M ãlệnh

Địa chỉtrực tiếp

Địa chỉ trực tiếp.
D vậy, trình hợp dịch cho php gọi tn cc thanh ghi chức năng đặc biệt (có địa chỉ trực
tiếp từ 80H đến FFH) ví dụ :P0 cho port 0, TMOD cho thanh ghi chế độ timer...

3. Địa chỉ gián tiếp:
R0 và R1 được dùng để chứa địa chỉ ô nhớ mà lệnh tác động đến. người ta quy
ước dùng dấu @ trước R0 hoặc R1.

M ãlệnh

i

Địa chỉ gián tiếp.

4. Địa chỉ tức thời:
Người ta dùng # trước các toán hạng tức thời. Các toán hạng đó có thể là một
hằng số, một ký số hay một biểu thức tốn học... Trường hợp dịch sẽ tự động tính tốn v
thay thế dữ liệu trực tiếp vo m lệnh.

M ãlệnh

Dư liệu tức thờ
i

Địa chỉ tức thời.

5. Địa chỉ tương đối:

SVTH: Phan Ngọc Quốc

12

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

Địa chỉ tương đối được dùng trong các lệnh nhảy 8051/8031 dùng giá trị 8 bit có
dấu để cộng thêm vào thanh ghi đếm chương trình (PC). Tầm nhảy của lệnh ny trong
khoảng từ –128 đến 127 ô nhớ. Trước khi cộng , thanh ghi PC sẽ tăng đến địa chỉ theo
sau lệnh nhảy rồi tính tốn địa chỉ offset cần thiết để nhảy đến địa chỉ yêu cầu. Như vậy
địa chỉ mới là địa chỉ tương đối so với lệnh kế tiếp chứ không phải l bản thay lệnh nhảy.
Thường lệnh này có liên quan đến nhn được định nghĩa trước.

M ãlệnh

Offset tương đối
Địa chỉ tương đối.

6. Địa chỉ tuyệt đối:
Địa chỉ tuyệt đối chỉ dùng trong các lệnh ACALL và JIMP. Các lệnh 2 byte này
dùng để rẽ nhánh vào một trang 2 Kbyte của bộ nhớ trương trình bằng cch cấp 11 bit địa
chỉ thấp (A0-A10) để xác định địa chỉ đích trong trang m. Cịn 5 bit cao của địa chỉ đích
(A11-A15) chính là 5 bit cao hiện hành trong thanh ghi đếm chương trình. Vì vậy địa chỉ
của lệnh theo sau lệnh rẽ nhánh và địa chỉ đích của lệnh rẽ nhánh và địa chỉ đích của
lệnh rẽ nhánh cần phải cùng trang m 2 Kbyte (cĩ cng 5 bit địa chỉ cao).
A15

A11 A10

A0

xác định trang m xc định địa cchỉ trong trang m

A10-A8

M ã

Offset tương đối

Địa chỉ tuyệt đối.

7. Địa chỉ dài:
Địa chỉ dài chỉ dùng cho lệnh LCALL và LJIMP. Các lệnh này chiếm 3 byte và
dùng 2 byte sau (byte 2 và byte 3) để định địa chỉ đích của lệnh (16 bit). Ưu điểm của
lệnh này có thể sử dụng trong tồn bộ vùng nhớ 64 Kbyte. Tuy nhiên, lệnh này chiếm
nhiều byte và lệ thuộc vo vị trí vng nhớ.

M ãlệnh

A15-A8

A7-A0

Địa chỉ dài.

8. Địa chỉ tham chiếu:
Địa chỉ tham chiếu dùng một thanh ghi cơ bản (hoặc thanh ghi đếm chương trình
PC hoặc thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR) v địa chỉ offset (trong thanh ghi tích lũy A) để
tạo địa chỉ được tác động cho các lệnh JMP hoặc MOVC. Các bảng nhảy và bảng tìm
kiếm dễ dng được tạo ra để sử dụng địa chỉ tham chiếu.

Offset

địa chỉcơ bản
PC hoặc DPTR
SVTH: Phan Ngọc Quốc

+

ACC
13

địa chỉđược tác động
=

MSSV: 710089

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
Địa chỉ tham chiếu.

III. Các nhóm lệnh của 8051/8031.
Tập lệnh của 8051/8031 được chia thành 5 nhóm:
+Số học.
+Luận lý.
+Chuyển dữ liệu.
+Chuyển điều khiển.
Cc chi tiết thiết lập lệnh:
Rn
:Thanh ghi R0 đến R7 của bank thanh ghi được chọn.
Data
: 8 bit địa chỉ vùng dữ liệu bên trong. Nó có thể là vùng RAM dữ liệu
trong (0-127) hoặc các thanh ghi chức năng đặc biệt.
@Ri
: 8 bit vng RAM dữ liệu trong (0-125) được đánh giá địa chỉ gián tiếp qua
thanh ghi R0 hoặc R1.
#data
: Hằng 8 bit chức trong cu lệnh.
#data 16
: Hằng 16 bit chứa trong cu lệnh.
Addr16
: 16 bit địa chỉ đích được dùng trong lệnh LCALL và LJMP.
Addr11
: 11 bit địa chỉ đích được dùng trong lệnh LCALL và AJMP.
Rel

: Byte offset 8 bit có dấu được dùng trong lệnh SJMP và những lệnh nhảy
có điều kiện.

Bit

: Bit được định địa chỉ trực tiếp trong RAM dữ liệu nội hoặc các thanh
ghi chức năng đặc biệt.

1. Nhóm lệnh xử lý số học:
ADD A,Rn (1byte, 1 chu kỳ my) : cộng nội dung thanh ghi Rn vo thanh ghi A.
ADD A,data
(2,1): Cộng trực tiếp 1 byte vo thanh ghi A.
ADD A,@Ri
(1,1): Cộng gin tiếp nội dung RAM chứa tại địa chỉ được
bo trong Ri vo thanh ghi A.
ADD A,#data (2,1):Cộng dữ liệu tức thời vo A.
ADD A,Rn
(1,1): Cộng thanh ghi v cờ nhớ vo A.
ADD A,data
(2,1): Cộng trực tiếp byte dữ liệu v cờ nhớ vo A.
ADDC A,@Ri
(1,1): Cộng gin tiếp nội dung RAM v cờ nhớ vo A.
ADDC A,#data

khai

(2,1): Cộng dữ liệu tức thời v cờ nhớ vo A.

SUBB A,Rn

(1,1): Trừ nội dung thanh ghi A cho nội dung thanh ghi Rn v cờ
nhớ.
SUBB A,data (2,1): Trừ trực tiếp A cho một số v cờ nhớ.
SUBB A,@Ri (1,1): Trừ gin tiếp A cho một số v cờ nhớ.
SUBB A,#data
(2,1): Trừ nội dung A cho một số tức thời v cờ nhớ.
INC A
(1,1): Tăng nội dung thanh ghi A lên 1.
INC Rn
(1,1): Tăng nội dung thanh ghi Rn lên 1.
INC data
(2,1): Tăng dữ liệu trực tiếp lên 1.
INC @Ri
(1,1): Tăng gián tiếp nội dung vùng RAM lên 1.
DEC A
(1,1): Giảm nội dung thanh ghi A xuống 1.
DEC Rn
(1,1): Giảm nội dung thanh ghi Rn xuống 1.
DEC data
(2,1): Giảm dữ liệu trực tiếp xuống 1
SVTH: Phan Ngọc Quốc

14

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp
DEC @Ri
INC DPTR

MUL AB
DIV AB
DA A

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
(1,1): Giảm gin tiếp nội dung vng RAM xuống 1.
(1,2): Tăng nội dng con trỏ dữ liệu lên 1.
(1,4): Nhn nội dung thanh ghi A với nội dung thanh ghi B.
(1,4): Chia nội dung thanh ghi A cho nội dung thanh ghi B.
(1,1,): hiệu chỉnh thập phn thanh ghi A.

2. Nhóm lệnh luận lý:
ANL A,Rn
(1,1): AND nội dung thanh ghi A với nội dung thanh ghi Rn.
ANL A,data
(2,1):AND nội dung thanh ghi A với dữ liệu trực tiếp.
ANL A,@Ri
(1,1): AND nội dung thanh ghi A với dữ liệu gin tiếp trong RAM.
ANL A,#data (2,1): AND nội dung thanh ghi với dữ liệu tức thời.
ANL data,A
(2,1): AND một dữ liệu trực tiếp với A.
ANL data,#data
(3,2): AND một dữ liệu trực tiếp với A một dữ liệu tức thời.
ANL C,bit
(2,2):AND cờ nhớ với 1 bit trực tiếp.
ANL C,/bit
(2,2): AND cờ nhớ với b 1 bit trực tiếp.
ORL A,Rn
(1,1): OR thanh ghi A với thanh ghi Rn.
ORL A,data

(2,1): OR thanh ghi A với một dữ liệu trực tiếp.
ORL A,@Ri
(1,1): OR thanh ghi A với một dữ liệu gin tiếp.
ORL A,#data (2,1):OR thanh ghi A với một dữ liệu tức thời.
ORL data,A
(2,1): OR một dữ liệu trực tiếp với thanh ghi A.
ORL data,#data
(3,1):OR một dữ liệu trực tiếp với một dữ liệu tức thời.
ORL C,bit
(2,2): OR cờ nhớ với một bit trực tiếp.
ORL C,/bit
(2,2): OR cờ nhớ với b của một bit trực tiếp.
XRL A,Rn
(1,1): XOR thanh ghi A với thanh ghi Rn.
XRL A,data
(2,1): XOR thanh ghi A với mộ dữ liệu trực tiếp.
XRL A,@Ri (1,1): XOR thanh ghi A với một dữ liệu gin tiếp.
XRL A,#data (2,1): XOR thanh ghi A với mộ dữ liệu tức thời.
XRL data,A
(2,1): XOR một dữ liệu trực tiếp với thanh ghi A.
XRL dara,#data
(3,1): XOR một dữ liệu trực tiếp với một dữ liệu tức thời.
SETB C
(1,1): Đặt cờ nhớ.
SETB bit
(2,1): Đặt một bit trực tiếp.
CLR A
(1,1): Xĩa thanh ghi A.
CLR C
(1,1): Xĩa cờ nhớ.

CPL A
(1,1): B nội dung thanh ghi A.
CPL C
(1,1): B cờ nhớ.
CPL bit
(2,1): B một bit trực tiếp.
RL A
(1,1): Quay tri nội dung thanh ghi A.
RLC A
(1,1): Quay tri nội dung thanh ghi A qua cờ nhớ.
RR A
(1,1): Quay phải nội dung thanh ghi A.
RRC A
(1,1): Quay phải nội dung thanh ghi A qua cờ nhớ.
SWAP
(1,1): Quay tri nội dung thanh ghi A 1 nibble (1/2byte).

3. Nhóm lệnh chuyển dữ liệu:
MOV A,Rn
(1,1):Chuyển nội dung thanh ghi Rn vo thanh ghi A.
MOV A,data (2,1): Chuyển dữ liệu trực tiếp vo thanh ghi A.
MOV A,@Ri (1,1): Chuyển dữ liệu gin tiếp vo thanh ghi A.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

15

MSSV: 710089

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

MOV A,#data (2,1): Chuyển dữ liệu tức thời vo thanh ghi A.
MOV Rn,data (2,2): Chuyển dữ liệu trực tiếp vo thanh ghi Rn.
MOV Rn,#data
(2,1): Chuyển dữ liệu tức thời vo thanh ghi Rn.
MOV data,A
(2,1): Chuyển nội dung thanh ghi A vo một dữ liệu trực tiếp.
MOV data,Rn
(2,2): Chuyển nội dung thanh ghi Rn vo một dữ liệu trực tiếp.
MOV data,data
(3,2): Chuyển một dữ liệu trực tiếp vo một dữ liệu trực tiếp.
MOV data,@Ri
(2,2): Chuyển một dữ liệu gin tiếp vo một dữ liệu gin tiếp.
MOV data,#data
(3,2): Chuyển một dữ liệu tức thời vo một dữ liệu trực tiếp.
MOV @Ri,A
(1,1): Chuyển nội dung thanh ghi A vo một dữ liệu gin tiếp.
MOV @Ri,data
(2,2): Chuyển một dữ liệu trực tiếp vo một dữ liệu gin tiếp.
MOV @Ri,#data
(2,1): Chuyển dữ liệu tức thời vo dữ liệu gin tiếp.
MOV DPTR,#dat6 (3,2): Chuyển một hằng 16 bit vo thanh ghi con trỏ dữ liệu.
MOV C,bit
(2,1): Chuyển một bit trực tiếp vo cờ nhớ.
MOV bit,C
(2,2): Chuyển cờ nhớ vo một bit trực tiếp.
MOV A,@A+DPTR (1,2): Chuyển byte bộ nhớ chương trình cĩ địa chỉ l @A+DPRT

vo thanh ghi A.
MOVC A,@A+PC (1,2): Chuyển byte bộ nhớ chương trình cĩ địa chỉ l @A+PC vo
thanh ghi A.
MOV A,@Ri (1,2): Chuyển dữ liệu ngồi (8 bit địa chỉ) vo thanh ghi A.
MOVX A,@DPTR (1,2): Chuyển dữ liệu ngồi (16 bit địa chỉ) vo thanh ghi A.
MOVX @Ri,A
(1,2): Chuyển nội dung A ra dữ liệu ngồi (8 bit địa chỉ).
MOVX @DPTR,A (1,2): Chuyển nội dung A ra dữ liệu bn ngồi (16 bit địa chỉ).
PUSH data (2,2)
: Chuyển dữ liệu trực tiếp vào ngăn xếp và tăng SP.
POP data (2,2) : Chuyển dữ liệu trực tiếp vào ngăn xếp và giảm SP.
XCH A,Rn (1,1)
: Trao đổi dữ liệu giữa thanh ghi Rn v2 thanh ghi A.
XCH A,data (2,1)
: Trao đổi giữa thanh ghi A và một dữ liệu trực tiếp.
XCH A,@Ri (1,1)
: Trao đổi giữa thanh ghi A và một dữ liệu gián tiếp.
XCHD A,@R (1,1) : Trao đổi giữa nibble thấp (LSN) của thanh ghi A và LSN của dữ
liệu gián tiếp.

4. Nhóm lệnh chuyền điều khiển:
ACALL addr11
(2,2): Gọi chương trình con dùng địa chì tuyệt đối.
LCALL addr16
(3,2): Gọi chương trình con dùng địa chỉ dài.
RET
(1,2): Trở về từ lệnh gọi chương trình con.
RET1
(1,2): Trở về từ lệnh gọi ngắt.
AJMP addr11 (2,2): Nhảy tuyệt đối.

LJMP addr16 (3,2): Nhảy dài.
SJMP rel
(2,2):Nhảy ngắn.
JMP @A+DPTR
(1,2): Nhảy gián tiếp từ con trỏ dữ liệu.
JZ rel
(2,2): Nhảy nếu A=0.
JNZ rel
(2,2): Nhảy nếu A không bằng 0.
JC rel
(2,2): Nhảy nếu cờ nhớ được đặt.
JNC rel
(2,2): Nhảy nếu cờ nhớ không được đặt.
JB bit,rel
(3,2): Nhảy tương đối nếu bit trực tiếp được đặt.
JNB bit,rel
(3,2):Nhảy tương đối nếu bit trực tiếp không được đặt.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

16

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

JBC bit,rel

CJNE A,data,rel
CJNE A,#data,rel
CJNE Rn,#data,rel

(3,2): Nhảy tương đối nếu bit trực tiếp được đặt , rồi xóa bit.
(3,2): So sánh dữ liệu trực tiếp với A và nhảy nếu không bằng.
(3,2): So sánh dữ liệu tức thời với A và nhảy nếu không bằng.
(3,2): So sánh dữ liệu tức thời với nội dung thanh ghi Rn và nhảy
nếu không bằng.
CJNE @Ri,#data,rel (3,2): So sánh dữ liệu tức thời với dữ liệu gián tiếp và nhảy nếu
không bằng.
DJNZ Rn,rel
(2,2): Giản thanh ghi Rn và nhảy nếu không bằng.
DJNZ data,rel (3,2): Giảm dữ liệu trực tiếp và nhảy nếu không bằng.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

17

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

CHƯƠNG II: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ.
Nhiệt độ là thành phần chủ yếu trong hệ thống thu thập dữ liệu. Do vậy, nếu
chọn lựa thiết bị đo lường nhiệt độ chính xác ta có thể tiết kiệm chi phí năng lượng,tăng
độ an tồn và giảm thời gian kiểm tra….thiết bị đo lường thường dùng là cảm biến nhiệt

độ. Cặp nhiệt độ, điện trở nhiệt, thermistors và infrared thermometers là những loại cảm
biến nhiệt độ thơng thường. Viêc lựa thiết bị để hoạt động chính xác tùy thuộc vào nhiệt
độ tối đa, tối thiểu cần đo, độ chính xác và những điều kiện về mơi trường. Trước hết,
chúng ta tìm hiểu các khái niệm về nhiệt độ.
I.Khái niệm nhiệt độ và thang đo nhiệt độ:
Galileo được Galileo cho là người đầu tin phát minh ra thiết bị đo nhiệt độ, vào
khoảng năm 1592. Ông ta làm thí nghiệm như sau : trong một bồn hở chứa đầy cồn, ông
cho treo một ống thủy tinh cổ hẹp, đầu treo bầu hình cầu chứa đầy khơng khí. Khi gia
tăng nhiệt, khơng khí trong bầu nở ra và sơi sùng sục trong cồn. Cịn khi lạnh thì co lại
và cồn trong chìm ống thủy tinh. Do đĩ, sự thay đổi của nhiệt trong bầu có thể biết được
bằng cách quan sát vị trí của cồn trong ống thủy tinh. Tuy nhiên, người ta chỉ biết sự
thay đổi của nhiệt độ chứ khơng biết là bao nhiêu vì chưa có một tầm đo cho nhiệt độ.
Đầu những năm 1700, Gabriel Fahrenheit, nhà chế tạo thiết bị đo người Hà Lan,
đã tạo ra một thiết bị đo chính xác và cho phép lặp lại nhiều lần. Đầu dưới của thiết bị
được gán là 0 độ, đánh dấu vị trí nhiệt của nước đá trộn với muối (hay ammonium
chloride) vì đây là nhiệt độ thấp nhất thời đó. Đầu trên của thiết bị được gán là 96 độ,
đánh dấu nhiệt độ của máu người. Tại sao là 96 độ mà không phải là 100 độ?. Câu trả lời
là bởi vì người ta chia tỷ lệ theo 12 phần như các tỷ lệ khác thời đó.
Khoảng năm 1742, Anders Celsius đề xuất ý kiến lấy điểm tan của nước đá gán 0
độ và điểm sôi của nước gán 100 độ, chia làm 100 phần.
Đầu những năm 1800, William Thomson (Lord Kelvin) pht triển một tầm đo phổ
qut dựa trn hệ số gin nở của khí lý tưởng. Kelvin thiết lập khái niệm về độ 0 tuyệt đối và
tầm đo này được chọn là tiêu chuẩn cho đo nhiệt hiện đại.
Thang Kelvin : đơn vị là K. Trong thang Kelvin này, người ta gán cho nhiệt độ
cho điểm cân bằng của ba trạng thái: nước – nước đá – hơi mp65t giá trị số bằng
273.15K
Từ thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối( Thang Kelvin), người ta đã xác định
thang mới là thang Celsius và thang Fahrenheit( bằng cách dịch chuyển các giá trị nhiệt
độ)
Thang Celsius : Trong thang đo này, đơn vị nhiệt độ là (C ), một độ Celsius

bằng một độ Kelvin. Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được xác định
bằng biểu thức :
T(C) = T(K) - 273,15
Thang Fahrenheit :
T(C) =5/9 {T(F) – 32}
T(F) =9/5 T(C) + 32

SVTH: Phan Ngọc Quốc

18

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

II. Các loại cảm biến nhiệt độ và ưu khuyết điểm của chúng:
Tùy theo lĩnh vực đo và điều kiện thực tế mà có thể chọn một trong bốn loại cảm
biến : thermocouple, RTD, thermistor, và IC bán dẫn. Mỗi loại có ưu điểm và khuyết
điểm riêng của nó.cơc

1. Đặc tính của cảm biến nhiệt Thermocouple:
1.1 Ngun lý:
Về ngun lý thì nó gồm 2 kim loại khác nhau hàn ở một đầu. Khi đưa đầu nối
đó vào nguồn nhiệt thì sẽ tạo nên một điện áp (cỡ mili-vơn) ở 2 đầu cịn lại.
Thermocouple có khá nhiều loại, như: T,K,J,S...là do sự khác nhau về kim loại chế tạo
nên nó. Tuy nhiên, có 1 điểm chung là tất cả thermocouple sẽ có đầu ra = 0 vôn khi đo ở
O độ C. Giá trị ra của các loại sẽ khác nhau khi đo cùng 1 nhiệt (khác O)

Trong các loại TC thì loại K và J được sử dụng rộng rải nhất vì nó rẻ. Dải đo của 2 loại
này là: J (0 đến 760 độ C); K (-200 đến 1250 độ C)
Có một quy ước đối với TC là dây âm (-) sẽ được quy ước có màu đỏ (red)
Sử dụng thermocouples là một trong những cách đơn giản nhất và phổ biến nhất
cho việc đo lường nhiệt độ trong công nghiệp.
Cơ sở chế tạo cặp nhiệt điện dựa trên các nguyên lý sau:
- Hiệu ứng Thompson: qua một dây dẫn có dịng điện I và hiệu nhiệt trễ dây là
T1-T2 thì sẽ có một sự hấp thụ hay tỏa nhiệt.
- Hiệu ứng Pentier: khi có dịng điện đi qua một mối nối của hai dây dẫn thì tại
vị trí mối nối sẽ có sự hấp thụ hay tỏa nhiệt.
Năm 1821 T.J.Seebeck nhận thấy khi nung nhiệt cho 1 điểm nối giữa hai vật liệu
kim loại khác nhau, một suất điện động được tạo ra và có thể đo được từ điểm nối khác
của chính 2 vật liệu này. Nói cách khác nếu nối hai dây kim loại khác nhau ở hai đầu và
gia nhiệt một đầu nối thì sẽ có dịng điện chạy trong mạch đó (hiệu ứng Seebeck).

Hình 3.8 : Ngun lý thermorcouple.
- Định luật Macmut : trong một mạch điện kín của dây dẫn đồng nhất bất kỳ sự
phân bố nhiệt độ ra sao, suất điện động tổng cộng của mạch luôn bằng không.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

19

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

1.2 Cách đo hiệu điện thế:
Không thể đo trực tiếp hiệu điện thế Seebeck bởi vì khi nối volt kế với
thermocouple thì vơ tình chúng ta lại tạo thêm một mạch mới. Ví dụ như ta nối
thermocouple loại T (đồng-constantan).
J3
Cu

Cu

+
v

+
v1

J1

-

-

Constantan

Cu

Volt kế

J2

Hình

3.9 :Nối thermocouple với volt kế.
Khi đó , ta có mạch tương đương :

+
v

Cu

Cu

-

Cu

Cu

Volt kế

+ v2 -

+
v1

J1

+
v
-

-

Constantan

Cu

+ v2 -

+
v1
-

T
J1

Constantan

J2

J2

T = 0C

Hình 3.10 : Mạch tương đương khi nối volt kế
Cái mà chúng ta muốn đo là hiệu điện thế V1 nhưng khi nối volt kế vào
thermocouple thì chúng ta lại tạo ra hai mối nối kim loại nữa : J2 và J3. Do J3 là mối nối
của đồng với đồng nên không phát sinh ra hiệu điện thế, còn J2 là mối nối giữa đồng với
constantan nên tạo ra hiệu điện thế V2. Vì vậy kết quả đo được là hiệu của V1 và V2.
Điều này nói lên rằng chúng ta khơng thể biết nhiệt độ tại J1 nếu chúng ta không biết
nhiệt độ tại J2, tức là để biết được nhiệt độ tại đầu đo thì chúng ta cũng cần phải biết
nhiệt độ môi trường nữa.

Một trong những cách để xác định nhiệt độ tại J2 là ta tạo ra một mối nối vật lý rồi
nhúng nó vào nước đá, tức là ép nhiệt độ của nó về 0C và thiết lập tại J2 như là một
mối nối tham chiếu.
Lúc này cả hai mối nối tại volt kế đều là đồng – đồng nên không xuất hiện hiệu
điện thế Seebeck. Số đọc v trên volt kế là hiệu của v1 và v2 :
v = (v1 – v2)   (tJ1 – tJ2)
Nếu ta dùng ký hiệu TJ1 để chỉ nhiệt độ theo độ Celsius thì :

SVTH: Phan Ngọc Quốc

20

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

TJ1 (C) + 273,15 = tJ1
do đó v trở thành :
v = v1 – v2 =  [(TJ1 + 273,15) – (TJ2 + 273,15)]
=  (TJ1 – TJ2) =  (TJ1 – 0)


v = TJ1

Bằng cách thêm hiệu điện thế của mối nối tại 0C, giá trị hiệu điện thế đọc được
lúc này là so với mốc 0C.
Phương pháp này rất chính xác nên điểm 0C được xem như điểm tham chiếu

chuẩn trong rất nhiều bảng tra giá trị điện áp ra của thermocouple.
Ví dụ xét trên là một trường hợp đặc biệt, khi mà một dây kim loại của
thermocouple trùng với kim loại làm nên volt kế (đồng). Nhưng nếu ta dùng loại
thermocouple khác khơng có đồng (như loại J : sắt – constantan) thì sao? Đơn giản là
chúng ta thêm một dây kim loại bằng sắt nữa thì khi đó cả hai đầu volt kế đều là đồng –
sắt nên hiệu điện thế sinh ra triệt tiêu lẫn nhau.
Nếu hai đầu nối của volt kế khơng cùng nhiệt độ thì hai hiệu điện thế sinh ra
không triệt tiêu lẫn nhau, và do đó xuất hiện sai lệch. Trong các phép đo lường cần chính
xác, người ta gắn chúng trên một khối đẳng nhiệt. Khối này cách điện nhưng dẫn nhiệt
rất tốt nên xem như J3 và J4 có cùng nhiệt độ (bằng bao nhiêu thì khơng quan trọng bởi
vì hai hiệu điện thế sinh ra luôn đối nhau nên luôn triệt tiêu nhau không phụ thuộc giá trị
của nhiệt độ).

1.3 Các loại thermocouples:
Về ngun tắc thì người ta hồn tồn có thể tạo ra một thermocouples có giá trị
ra bất kỳ vì có rất nhiều tổ hợp của hai trong số các kim loại và hợp kim hiện có. Tuy
nhiên để có một thermocouples dùng được cho đo lường thì cịn phải xét đến các vấn đề
như độ tuyến tính, tầm đo, độ nhạy,…và do đó chỉ có một số loại dùng được trong thực
tế:
Loại J: kết hợp giữa sắt với constantan, trong đó sắt là cực dương cịn constantan
là cực âm. Hệ số Seebeck là 51 ìV/C ở 20oC.
Loại T: kết hợp giữa đồng với constantan, trong đó đồng là cực dương còn
constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 40 ìV/C ở 20oC.
Loại K: kết hợp giữa chromel với alumel, trong đó chromel là cực dương cịn
alumel là cực âm. Hệ số Seebeck là 40 ìV/C ở 20oC.
Loại E: kết hợp giữa chromel với constantan, trong đó chromel là cực dương còn
constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 62 ìV/C ở 20oC.
Loại S, R, B: dùng hợp kim giữa platinum và rhodium, có 3 loại :
- S: cực dương dùng dây 90% platinum và 10% rhodium, cực âm là dây thuần
platinum.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

21

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

- R: cực dương dùng dây 87% platinum và 13% rhodium, cực âm là dây thuần
platinum.
- B: cực dương dùng dây 70% platinum và 30% rhodium, cực âm là dây 94%
platinum và 6% rhodium.
Hệ số Seebeck là 7 ìV/oC.

1.4 Tầm đo Thermocouples:
Bảng 3.1: Tầm đo và các loại thermocouple

1.5 Bảng tham chiếu thermocouples:
Bảng 3.2: Bảng tham chiếu thermocouple
Nhiêt độ (oF)

Milivoltage( 32oF Reference Junction)
Type J

Type K

Type T

-300

-7,52

-5,284

-200

-5,76

-4,111

-100

-3,49

-2,559

0

-0,89

SVTH: Phan Ngọc Quốc

-0,6

22

-0,67

MSSV: 710089


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa

00

1,94

1,52

1,517

200

4,91

3,82

3,967

300

7,94

6,09

6,647

400

11,03

8,31

9,525

500

14,12

10,57

12,575

600

17,18

12,86

15,733

700

20,26

15,18

19,10

800

23,32

17,53

900

26,4

19,89

1000

29,52

22,26

1100

32,72

24,63

1200

36,01

26,98

1300

39,43

29,32

1400

42,96

31,65

1500

46,53

33,93

1600

36,19

1700

38,43

1800

40,62

1900

42,78

2000

44,91

2100

47

2200

49,05

2300

51,05

2400

53,01

1.6 Cách sử dụng:

Để cặp nhiệt điện có thể làm việc tốt và lâu bền, khi sử dụng cần lưu ý:
- Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ để chống tác động xâm thực của môi trường.
Yêu cầu đối với vỏ bọc là cách điện nhưng không cách nhiệtu7
-

Phải đặt cặp nhiệt ở nơi thích hợp vì thường là nhiệt độ phân bố khơng đều.

-

Vị trí lắp đặt phải tránh chỗ có từ trường và điện trường mạnh.

-

Để cặp nhiệt điện thẳng đứng đề phòng ống bảo vệ bị biến dạng do nhiệt độ cao.

-

Nên lắp đặt ống dây bù vào ống sắt nối đất để tránh nhiễu.

SVTH: Phan Ngọc Quốc

23

MSSV: 710089