Thiết kế và thi công hệ thồng cân băng tải 10 kg

Luận văn tốt nghiệp 1 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

MỞ ĐẦU
WX


Từ xưa đến nay, đo lường hay định lượng là một vấn đề vô cùng quan trọng
không chỉ trong sản xuất, kinh doanh mà còn rất cần thiết trong đời sống. Thử nghĩ
một nhà máy sản xuất sẽ ra sao khi sản phẩm làm ra không đảm bảo về trọng lượng,
uy tín của các cơ sở kinh doanh sẽ suy giảm thế nào khi khách hàng không an tâm về
khối lượng sản ph
ẩm của họ… Nói như thế để có thể thấy được tầm quan trọng của sự
chính xác trong đo lường công nghiệp.
Không những thế, việc tiết kiệm thời thời gian cũng như lưu trữ dữ liệu trong
đo lường cũng không kém phần quan trọng, chúng sẽ thúc đẩy năng suất sản xuất,
nâng cao uy tín thương hiệu cũng như chất lượng sản phẩm.
Xuấ
t phát từ các mục tiêu trên, chúng em đã chọn đề tài : “Thiết kế và thi công
hệ thống cân băng tải 10 Kg” với hy vọng khi đưa vào thực nghiệm cũng như sản
xuất thực tế sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu thiết thực mà xã hội đã đặt ra.
Luận văn tốt nghiệp 2 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chương 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1- Khái niệm chung về cân trong công nghiệp :

Cân là khâu quan trọng trong công nghiệp. Có thể nói cân chiếm vị trí không
nhỏ trong sản xuất, cả trong khâu chuẩn bị nguyên liệu cho đến khâu thành phẩm. Việc
đo lường chính xác khối lượng nguyên liệu sẽ giảm thiểu tình trạng dư thừa trong quá

trình sản xuất, tiết kiệm nguyên liệu cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm. Cùng với
đó, sản phẩm sau khi được hoàn thành thì việc cân đo một lần nữ
a lại có ý nghĩa rất
quan trọng. Nếu trọng lượng sản phẩm dưới định mức yêu cầu thì người tiêu dùng sẽ
không chấp nhận, ảnh hưởng rất lớn đến uy tín. Còn nếu trọng lượng sản phẩm vượt
quá định mức thì gây thiệt hại cho nhà sản xuất.
Chính vì thế những yêu cầu khắt khe trong đo lường nói chung và cân nói riêng
là không thừa, phải cần được thực hiện mộ
t cách nghiêm túc.
Bên cạnh việc tiết kiệm nguyên liệu còn cần phải nói đến việc tiết kiệm thời
gian. Trong bất cứ lĩnh vực nào kể cả sản xuất lẫn kinh doanh thì thời gian đóng một
phần không nhỏ trong sự thành bại của doanh nghiệp hoặc nhà máy bởi nó quyết định
đến năng suất của sản phẩm làm ra mà việc cân đo nguyên liệu cũng không nằm ngoài
yêu cầu này. Ngoài ra, cũng cần ph
ải nói tầm quan trọng đến lưu trữ và quản lí dữ liệu
trong đo lường.
Việc quản lí tốt những thông số sau khi cân đo chắc chắn sẽ ảnh hưởng tốt đến
việc sản xuất kinh doanh. Ngược lại sẽ ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng doanh
nghiệp.
Trên đây là các vấn đề mà việc cân bằng phương pháp thủ công thông thường
không đảm bả
o được. Bằng việc áp dụng những kiến thức chuyên ngành đã học và
nghiên cứu, hy vọng sẽ giải quyết được phần nào yêu cầu đề ra.
1.2- Nguyên lí hoạt động cơ bản của hệ thống cân :

Băng tải hoạt động một cách hoàn toàn tự động. Sản phẩm sau khi được đặt lên
băng tải sẽ được cân và trọng lượng của nó sẽ được lưu trữ thông qua đường truyền
RS232 sau khi đã được xử lí. Số lượng sản phẩm sẽ được đếm lên sau mỗi lần cân nhờ
Luận văn tốt nghiệp 3 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Loadcell
10kg
các cảm biến được bố trí ngay trên băng tải. Tổng khối lượng cũng như tổng sản phẩm
có thể được reset về 0 khi cần thiết.
Ngoài ra hệ thống cân băng tải có thể được sử dụng như một bàn cân thông
thường khi cho dừng động cơ
*Mô hình hệ thống cân băng tải gồm có 2 phần riêng biệt và được hai sinh viên
thực hiện :
Sinh viên :
Lê Hoàng Tiến : thực hiện thiế
t kế và thi công mạch điều khiển.
Sinh viên :
Phạm Phú Cường : thực hiện thiết kế và thi công mạch đầu cân














Hiển thị
Mạch

khuếch đại
tín hiệu
Mạch đầu
cân
RS232
Mạch điều
khiển

Hiển thị
Lưu trữ
Bộ chuyển
đổi A/D
Luận văn tốt nghiệp 4 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN
2.1- Giới thiệu AT89C51 :
AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công 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.

Hình2.1 : Sơ đồ khối của AT89C51

2.1.1- Những đặc trưng của AT89C51 :

¾ Tương thích với các sản phẩm MCS-51
¾ 4KByte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại với 1000 chu kỳ đọc/xoá
Luận văn tốt nghiệp 5 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

¾ 128 x 8 bit RAM nội
¾ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port)
¾ Hai timer/counter 16 bit
¾ Một port nối tiếp song công lập trình được
¾ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip
Hình2.2 : Cấu hình chân của AT89C51

Như vậy AT89C51 có tất cả 40 chân. Mỗi chân có chức năng như các đường I/O
(xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động như một
đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của bus địa chỉ và bus
dữ liệu.
Mô tả chân :

VCC (chân 40) : Chân cấp nguồn +5V DC.
GND (chân 20) : Chân nối đất.



Luận văn tốt nghiệp 6 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Port 0 :
Port 0 là một port xuất/nhập song hướng cực máng hở 8 bit. Nếu được sử dụng
như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ vào TTL. Khi mức 1 được viết vào
các chân của port 0, các chân này có thể được dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao.
Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu
(phần byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ
nhớ chương trình ngoài. Ở chế
độ này, P0 có các điện trở pullup bên trong.

Port 0 cũng nhận các byte code (byte mã chương trình) khi lập trình Flash, và
xuất ra các byte code khi kiểm tra chương trình. Cần có các điện trở pullup bên ngoài
khi thực hiện việc kiểm tra chương trình.
Port 1 :
Port 1 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong.
Các bộ đệm ngõ ra của port 1 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ nhập TTL. Khi mức 1
được viết vào các chân của port 1, chúng được kéo lên cao bởi các điện tr
ở pullup nội
và có thể được dùng như là các ngõ nhập. Nếu đóng vai trò là các ngõ nhập, các chân
của port 1 (được kéo xuống thấp qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I
IL
do các
điện trở pullup bên trong.
Port 2 :
Port 2 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong.
Các bộ đệm ngõ ra của port 2 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL. Khi các
mức 1 được viết vào các chân của port 2 thì chúng được kéo lên cao bởi các điện trở
pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các
chân của port 2 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I
IL
do có các
điện trở pullup bên trong.
Port 2 phát ra byte cao của địa chỉ khi đọc từ bộ nhớ chương trình ngoài và khi
truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 16 bit (MOVX @DPTR). Trong ứng
dụng này, nó dùng các điện trở pullup nội "mạnh" khi phát ra các mức 1. Khi truy cập
Luận văn tốt nghiệp 7 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 8 bit (MOVX @RI), port 2 phát ra các nội dung
của thanh ghi chức năng đặc biệt P2.

Port 2 cũng nhận các bit cao của địa chỉ và một vài tín hiệu điều khiển khi lập
trình và kiểm tra Flash.
Port 3 :
Port 3 là một port xuất-nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup nội bên trong.
Các bộ đệm ngõ ra của port 3 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL. Khi các
mức 1 được viết vào các chân của port 3 thì chúng được kéo lên cao bở
i các điện trở
pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các
chân của port 3 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I
IL
do có các
điện trở pullup bên trong.
Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như được liệt kê
ở bảng 2.1 :

Chân Tên Các chức năng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD
TXD
INT0
INT1

T0

T1
WR

RD
Port nhập nối tiếp
Port xuất nối tiếp
Ngắt 0 bên ngoài
Ngắt 1 bên ngoài
Ngõ vào Timer/Counter 0
Ngõ vào Timer/Counter 1
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Bảng 2.1: Các chức năng chuyển đổi trên Port 3
RST (chân 9) :
Luận văn tốt nghiệp 8 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Ngõ vào reset. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các
thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp
điện mạch tự động Reset.
ALE/
PROG
:
ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy cập bộ nhớ ngoài.
Chân này cũng là ngõ nhập xung lập trình (
PROG
) khi lập trình Flash.
Khi hoạt động bình thường, ALE được phát với một tỷ lệ không đổi là 1/6 tần
số bộ dao động và có thể được dùng cho các mụch đích timing và clocking bên ngoài.
Tuy nhiên, lưu ý rằng một xung ALE sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu

ngoài.
Nếu muốn, hoạt động ALE có thể cấm được bằng cách set bit 0 của SFR tại địa
chỉ 8Eh. Nếu bit này được set, ALE chỉ dược hoạ
t động khi có một lệnh MOVX hoặc
MOVC. Ngược lại, chân này được kéo lên cao bởi các điện trở pullup "nhẹ". Việc set
bit cấm-ALE không có tác dụng khi bộ vi điều khiển đang ở chế độ thi hành ngoài.
PSEN :
PSEN (Program Store Enable) là xung đọc bộ nhớ chương trình ngoài. Khi
AT89C51 đang thi hành mã (code) từ bộ nhớ chương trình ngoài,
PSENđược kích
hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt động
PSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy
cập bộ nhớ dữ liệu ngoài.
EA /Vpp :
EA (External Access Enable) phải được nối với GND để cho phép thiết bị đọc
code từ bộ nhớ chương trình ngoài có địa chỉ từ 0000H đến FFFFH. Tuy nhiên, lưu ý
rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được lập trình,
EA sẽ được chốt bên trong khi reset.
EA phải được nối với Vcc khi thi hành chương trình bên trong. Chân này cũng
nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập trình Flash (khi đó áp lập trình 12V
được chọn).
Luận văn tốt nghiệp 9 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

XTAL1 và XTAL2 :
XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao động nghịch
được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip.


Hình 2.3 : Các kết nối của bộ dao động

Không có yêu cầu nào về duty cycle của tín hiệu xung ngoài,vì ngõ nhập nối
với mạch tạo xung nội là một flip-flop chia đôi, nhưng các chỉ định về thời gian high
và low, các mức áp tối đa và tối thiểu phải được tuân theo.
Các đặ
c trưng khác sẽ được trình bày một cách chi tiết hơn ở những phần tiếp
theo sau đây.
2.1.2- Tổ chức bộ nhớ :
89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho
chương trình và dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên
Luận văn tốt nghiệp 10 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

trong; dù vậy chúng có thể được mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64
Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM 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.
Hai đặc tính cần lưu ý là :
Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xế
p trong bộ nhớ và có thể được
truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác.
Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi
xử lý khác.
Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip:

Như ta thấy trên hình hình 2.3, RAM bên trong 89C51 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).
2.1.2.1- RAM đa dụng :

Mặc dù trên hình cho thấy 80 byte RAM đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H–
7FH, 32 byte dưới cùng từ 00H đến 1FH cũng có thể được dùng với mục đích tương tự
(mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác).
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.
RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh
địa chỉ gián tiếp qua
R0 hay R1.
Luận văn tốt nghiệp 11 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến


Bảng2.1 : Tóm tắt các vùng nhớ của 89C51

CODE
Memory






Enable via
PSEN

DATA
Memory






Enable via
RD và WR
FFFF
0000
FFFF
0000
00

FF
On- Chip
Memmory
External Memory
Luận văn tốt nghiệp 12 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Bảng 2.2: Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip.





7F
7E 7D 7C 7B 7A 79
78
2F
77
76 75 74 73 72 71 70
2E
6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68
2D
67
66 65 64 63 62 61 60
2C
5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58
2B
57
56 55 54 53 52 51 50
2A
4F
4E 4D 4C 4B 4A 49
48
29
47
46 45 44 43 42 41 40
28

3F
3E 3D 3C 3B 3A 39
38
27
37
36 35 34 33 32 31 30
26
2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28
25
27
26 25 24 23 22 21 20
24
1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18
23
17
16 15 14 13 12 11 10
22
0F
0E 0D 0C 0B 0A 09
08
21
07
06 05 04 03 02
07
00
20
Bank 3
1F
18
Bank 2

17
10
Bank 1
0F
08
Bank thanh ghi 0
(mặc định cho R0-R7)
07

00



RAM đa dụng
7F
30
RAM
Địa chỉ bi
t

Địa chỉ
by
te
87 86 85 84 83 82 81 80
80
P0
không được địa chỉ hóa bit
81
SP
không được địa chỉ hóa bit

82
DPL
không được địa chỉ hóa bit
83
DPH
không được địa chỉ hóa bit
87
PCON
8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88
88
TCON
không được địa chỉ hóa bit
89
TMOD
không được địa chỉ hóa bit
8A
TL0
không được địa chỉ hóa bit
8B
TL1
không được địa chỉ hóa bit
8C
TH0
97 96 95 94 93 92 91 90
90
P1
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98
98
SCON
không được địa chỉ hóa bit

99
SBUF
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
A0 P2
AF – – AC AB AA A9 A8
A8
IE
– – – BC BB BA B9 B8
B8
IP
E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0
E0
ACC
D7 D6 D5 D4 D3 D2 – D0
D0
PSW
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0
B0
P3
F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0
F0
B
CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT
Địa chỉ
by
te
Địa chỉ bit
không được địa chỉ hóa bit
8D
TH1

FF
Luận văn tốt nghiệp 13 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

2.1.2.2- Thanh ghi trạng thái chương trình :

Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW : Program Status Word) ở địa chỉ D0H
chứa các bit trạng thái như bảng 2.3 :










Bảng 2.3 : Các bit trạng thái của thanh ghi trang thái.
Cờ nhớ
Cờ nhớ (CY) có công dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán
học : nó sẽ được set nếu có một số nhớ sinh ra bởi phép cộng hoặc có một số mượn bởi
phép trừ. Ví dụ, nếu thanh ghi tích lũy chứa FFH, thì lệnh ADD A, #1 sẽ trả về thanh
ghi tích lũ
y kết quả 00H và set cờ nhớ trong PSW.
Cờ nhớ cũng có thể xem như một thanh ghi 1 bit cho các lệnh luận lý thi hành trên bit.
Ví dụ, lệnh sau sẽ AND bit 25H với cờ nhớ và đặt kết quả trở vào cờ nhớ :
ANL C, 25H
Cờ nhớ phụ
Khi cộng các số BCD, cờ nhớ phụ (AC) được set nếu kết quả của 4 bit thấp

trong khoảng 0AH đến 0FH. Nếu các giá trị được cộng là số BCD, thì sau lệnh cộng
c
ần có DA A (hiệu chỉnh thập phân thanh ghi tích lũy) để mang kết quả lớn hơn 9 vào
nibble cao.
Bit Ký hiệu Địa chỉ Ý nghĩa
PSW.7 CY D7H Cờ nhớ
PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ
PSW.5 F0 D5H Cờ 0
PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn bank thanh ghi
PSW.3 RS0 D3H Bit 0 chọn bank thanh ghi
00 = bank 0 : địa chỉ 00H–07H
01 = bank 1 : địa chỉ 08H–0FH
10 = bank 2 : địa chỉ 10H–17H
11 = bank 3 : địa chỉ 18H–1FH
PSW.2 OV D2H Cờ tràn
PSW.1 – D1H Dự trữ
PSW.0 P D0H Cờ parity chẵn

Luận văn tốt nghiệp 14 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến


Cờ 0
Cờ 0 (F0) là 1 bit cờ đa dụng dành cho các ứng dụng của người dùng.
Cờ tràn
Cờ tràn (OV) được set sau một lệnh cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn.
Khi các số có dấu được công hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để
xác định xem kết quả có nằm trong tầm xác định không. Khi các số không dấu được
cộng, bit OV có thể được bỏ qua. Các kế
t quả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn -128 sẽ set

bit OV.
Kết quả là một số có dấu 8EH được xem như -116, không phải là kết quả đúng
(142), vì vậy, bit OV được set.
2.1.2.3- Thanh ghi B :

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi tích lũy A cho các
phép toán nhân và chia. Lệnh MUL AB sẽ nhân các giá trị không dấu 8 bit trong A và
B rồi trả về kết quả 16 bit trong A (byte thấp) và B (byte cao). Lệnh DIV AB sẽ chia A
cho B rồi trả về kết quả nguyên trong A và phần dư trong B. Thanh ghi B cũng có thể
được xem như thanh ghi đệm đa dụng. Nó được địa chỉ hóa từng bit bằng các địa chi
bit F0H đến F7H.
2.1.2.4- Con trỏ dữ liệu :

Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16
bit ở địa chỉ 82H (DPL : byte thấp) và 83H (DPH : byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H
vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H :
MOV A, #55H
MOV DPTR, #1000H
MOVX @DPTR, A
Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy.
Lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 1000H vào con
Luận văn tốt nghiệp 15 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

trỏ dữ liệu. Lệnh thứ ba dùng địa chỉ gián tiếp để di chuyển dữ liệu trong A (55H) đến
RAM ngoài ở địa chỉ được chứa trong DPTR (1000H).
2.1.2.5- Các thanh ghi timer :

89C51 chứa hai bộ định thời / đếm 16 bit được dùng cho việc định thời hoặc
đếm sự kiện. Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0 : byte thấp) và 8CH (TH0 : byte cao). Timer

1 ở địa chỉ 8BH (TL1 : byte thấp) và 8DH (TH1 : byte cao). Việc vận hành timer được
set bởi thanh ghi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển timer
(TCON) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit.
2.1.2.6- Các thanh ghi port nối tiếp :

89C51 chứa một port nối tiếp trên chip dành cho việc trao đổi thông tin với các
thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho việc giao tiếp với các IC khác có giao
tiếp nối tiếp (các bộ chuyển đổi A/D, các thanh ghi dịch ). Một thanh ghi gọi là bộ
đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả hai dữ liệu truyền và nhận. Khi
truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các mode v
ận hành
khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa chỉ
hóa từng bit) ở địa chỉ 98H.
2.1.2.7- Các thanh ghi ngắt :

89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bị cấm sau khi reset
hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ
A8H. Cả hai thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit.
2.1.2.8- Thanh ghi điều khiển port nối tiếp :

Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào thanh ghi chế độ
port nối tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H. Sau đây là các bảng tóm tắt thanh ghi SCON và
các chế độ của port nối tiếp :




Luận văn tốt nghiệp 16 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả
SCON.7 SM0 9FH
Bit 0 của chế độ
port nối tiếp.
SCON.6
SM1 9EH
Bit 1 của chế độ
port nối tiếp
SCON.5
SM2 9DH
Bit 2 của chế độ
port nối tiếp. Cho
phép truyền thông
đa xử lý trong các
chế độ 2 và 3, RI sẽ
không bị tác động
nếu bit thứ 9 thu
được là 0.
SCON.4
REN 9CH
Cho phép bộ thu
phải được đặt lên 1
để thu (nhận) các
ký tự.
SCON.3
TB8 9BH
Bit 8 phát, bit thứ 9
được phát trong các
chế độ 2 và 3; được
đặt và xóa bằng

phần mềm
SCON.2
RB8 9AH
Bit 8 thu, bit thứ 9
thu được.
SCON.1
TI 99H Cờ ngắt phát. Đặt
Luận văn tốt nghiệp 17 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

lên 1 khi kết thúc
phát ký tự; đượcxóa
bằng phần mềm.
SCON.0
RI 98H
Cờ ngắt thu. Đặt
lên 1 khi kết thúc
thu ký tự; được xóa
bằng phần mềm
Bảng 2.4: Tóm tắt thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON.







Bảng 2.5 :Các chế độ port nối tiếp.
Trước khi sử dụng port nối tiếp, phải khởi động SCON cho đúng chế độ. Ví dụ,
lệnh MOV SCON, #01010010B khởi động port nối tiếp cho chế độ 1 (SM0/SM1 =

0/1), cho phép bộ thu (REN = 1) và đặt cờ ngắt phát (T1 = 1) để chỉ bộ phát sẵn sàng
hoạt động.
Các chế độ hoạt động :
Port n
ối tiếp có 4 chế độ hoat động, có thể chọn được bằng cách viết các số 1
hay 0 vào các bit SM0 và SM1 trong SCON. Có ba chế độ cho phép truyền thông bất
đồng bộ, với mỗi ký tự được thu (nhận) hoặc phát đều được đóng khung bằng một bit
start và 1 bit stop. Ở chế độ thứ tư, port nối tiếp hoạt động như một thanh ghi dịch đơn
giản.
Thanh ghi dịch 8 bit (chế độ 0).
SM0 SM1 Chế độ Mô t
ả Tốc độ baud
0 0 0 Thanh ghi dịch Cố định (F
OSC
/12).
0 1 1 UART 8 bit Thay đổi (đặt bằng timer).
1 0 2 UART 9 bit Cố định (F
OSC
chia cho 12 hoặc 64).
1 1 3 UART 9 bit Thay đổi (đặt bằng timer).
Luận văn tốt nghiệp 18 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chế độ 0 được chọn bằng cách ghi các bit 0 vào SM1 và SM0 của SCON, đưa
port nối tiếp vào chế độ thanh ghi dịch 8 bit. Dữ liệu nối tiếp vào và ra qua RXD và
TXD xuất xung nhịp dịch. 8 bit được phát hoặc thu với bit đầu tiên là LSB. Tốc độ
baud cố định ở 1/12 tần số dao động trên chip.
Việc phát đi được khởi động bằng bất cứ lệnh nào ghi dữ liệu vào SBUF. Dữ
liệu được dịch ra ngoài trên
đường RXD (P3.0) với các xung nhịp được gửi ra đường

TXD (P3.1). Mỗi bit phát đi hợp lệ (trên RXD) trong một chu kỳ máy. Trong mỗi chu
kỳ máy, tín hiệu xung nhập xuống thấp ở S3P1 và trở về mức cao ở S6P1.

















Hình 2.1 : Giản đồ thời gian port nối tiếp phát ở chế độ 0.
Việc thu được khởi động khi bit cho phép bộ thu (REN) là 1 và bit ngắt thu (RI)
là 0. Qui tắc tổng quát là đặt REN khi bắt đầu chươ
ng trình để khởi động port nối tiếp,
rồi xóa RI để bắt đầu hoạt động nhập dữ liệu. Khi RI bị xóa, các xung nhịp được đưa
S1
P1 P2
S2
P1
P2
S3

P1 P2
S4
P1 P2
S5
P1 P2

S6
P1 P2
Một chu kỳ máy

OSC

ALE

Bit dữ liệu hợp lệ

Dữ liệu
xuất

Clock dịch

Clock dịch
(TXD)
D0
D1
D2 D3 D4 D5 D6 D7
Dữ liệu xuất
ALE

Phóng to

Luận văn tốt nghiệp 19 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

ra đường TXD, bắt đầu chu kỳ máy kế tiếp, và dữ liệu theo xung nhịp ở đường RXD.
Lấy xung nhịp cho dữ liệu vào port nối tiếp xảy ra ở cạnh dương của TXD.






Hình 2.2 : Giản đồ thời gian port nối tiếp thu ở chế độ 0.
Một ứng dụng của chế độ thanh ghi dịch là mở rộng khả năng xuất của 89C51.
IC thanh ghi dịch nố
i tiếp ra song song có thể được nối vào các đường TXD và RXD
của 89C51 để cung cấp thêm 8 đường ra. Có thể nối xâu chuỗi thêm các thanh ghi dịch
để mở rộng thêm.






Chế độ thanh ghi dịch của port nối tiếp.
UART 8 bit với tốc độ baud thay đổi được (chế độ 1).
Ở chế độ 1, port nối tiếp của 89C51 làm việc như một UART 8 bit với tốc độ
baud thay đổi được. Một UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter : Bộ
thu/phát b
ất đồng bộ vạn năng) là một dụng cụ thu và phát dữ liệu nối tiếp với mỗi ký
tự dữ liệu đi trước là bit start ở mức thấp và theo sau là bit stop ở mức cao. Đôi khi xen

thêm bit kiểm tra chẵn lẻ giữa bit dữ liệu cuối cùng và bit stop. Hoạt động chủ yếu của
UART là chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp
sang song song với dữ liệu nhập.
Clock dịch
(TXD)
ALE
Một chu kỳ máy
D0 D0 D0 D0 D0 D0 D0 D0
Dữ liệu nhập (RXD)

Clock Thanh ghi

Dữ liệu dịch
TXD (P3.1)
RXD (P3.0)
8051
Thêm 8 ngõ ra
Luận văn tốt nghiệp 20 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Ở chế độ 1, 10 bit được phát trên TXD hoặc thu trên RXD. Những bit đó là : 1
bit start (luôn luôn là 0), 8 bit dữ liệu (LSB đầu tiên) và 1 bit stop (luôn luôn là 1). Với
hoạt động thu, bit stop được đưa vào RB8 trong SCON. Trong 89C51 chế dộ baud
được đặt bằng tốc độ báo tràn của Timer 1.
Truyền dữ liệu (phát) được khởi động bằng cách ghi vào SBUF, nhưng vẫn
chưa thật sự bắt đầu chạy cho đến khi sự thay thế kế tiếp của bộ đếm chia cho 16 cung
c
ấp tốc độ baud cổng nối tiếp. Dữ liệu được dịch ra ngoài trên đường TXD bắt đầu
bằng bit start, theo sau là 8 bit dữ liệu và sau cùng là bit stop. Độ rộng (theo thời gian
của mỗi bit) là nghịch đảo của tốc độ baud được lập trình trong timer. Cờ ngắt phát

(TI) được đặt lên 1 khi xuất hiện bit stop trên TXD.







Đặt cờ TI port nối tiếp.
Việc thu dữ liệu được khởi động bằng một chuy
ển trạng thái từ 1 xuống 0 trên
RXD. Bộ đếm 16 tức thời được xóa để đồng bộ số đếm với luồng bit đến. Luồng bit
đến được lấy mẫu giữa 16 lần đếm.
Bộ thu sẽ phát hiện được bit start sai bằng cách yêu cầu trạng thái 0 ở (bit start) ở
lần đếm thứ 8 sau khi có chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 đầu tiên. Nếu điều này không
xảy ra, người ta giả sử
là bộ thu được kích bởi nhiễu chứ không phải do một ký tự hợp
lệ. Bộ thu được reset và quay về trạng thái nghỉ (idle), tìm kiếm (đợi) chuyển trạng
thái từ 1 xuống 0 kế.
Giả sử đã phát hiện được bit start hợp lệ, thì tiếp tục thu ký tự. Bit start được bỏ
qua và 8 bit dữ liệu được đưa vào thanh ghi dịch cổng nối tiếp theo xung nhịp. Khi đã
có được tất cả 8 bit, đ
iều sau đây xảy ra :

bit
start

bit
stop
D0

D1 D2 D3
D4
D5 D6 D7

TXD
1
tốc độ baud
TI (SCON.1)
Ngắt phát
(chuẩn bị cho dữ liệu)
Luận văn tốt nghiệp 21 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Bit thứ 9 (bit stop) được chốt vào RB8 trong SCON.
SBUF được nạp với 8 bit dữ liệu.
Cờ ngắt bộ thu (RI) được đặt lên 1.
Tuy nhiên, những điều này chỉ xảy ra nếu đã có những điều kiện sau :
RI = 0
SM2 = 1 và bit stop thu được là 1, hoặc SM2 = 0.
Đòi hỏi RI = 0 để bảo đảm là phần mềm đã đọc ký tự trước (và RI được xóa).
Điều kiện thứ hai hơi phức tạp nhưng ch
ỉ áp dụng trong chế độ truyền thông đa
xử lý. Điều đó hàm ý là “không đặt RI lên 1 trong chế độ truyền thông đa xử lý
khi bit dữ liệu thứ 9 là 0).
2.1.2.9 Tốc độ baud port nối tiếp.

Sử dụng Timer 1 làm xung nhịp tốc độ baud
Cách thông dụng để tạo tốc độ baud là khởi động TMOD cho chế độ 8 bit tự
động nạp lại (chế độ 2) và đặt giá trị nạp lại đúng vào TH1 để cho tốc độ tràn đúng với
tốc độ baud. TMOD được khởi động như sau :

MOV TMOD, #0010xxxxB
Các x là các bit 1 hoặc 0 cần cho timer.
Cũng có thể đạt được các tốc độ baud thấp bằng cách sử d
ụng timer chế độ 1 với
TMOD = 0001xxxxB. Tuy nhiên, tốn thêm phần mềm vì các thanh ghi TH1/TL1 phải
được khởi động lại sau mỗi lần tràn. Việc này sẽ được thực hiện trong chương trình
phục vụ ngắt. Một chọn lựa khác là cấp xung nhịp cho Timer 1 từ ngoài dùng
T1(P3.5). Và luôn luôn tốc độ baud là tốc độ tràn của Timer 1 được chia cho 32 (hoặc
cho 16, nếu SMOD = 1).
Công thức tổng quát để xác định tốc độ baud trong các chế độ 1 và 3 là :
Tốc độ baud = Tố
c độ tràn của Timer 1 ÷ 32.
Bảng 2.6 tóm tắt các giá trị nạp lại cho các tốc độ baud thông dụng nhất, dùng
Luận văn tốt nghiệp 22 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

thạch anh 12 MHZ hoặc 11.059 MHz :






Tốc độ
baud
Tần số
thạch anh
SMOD
Giá trị nạp
lại vào TH1

Tốc độ
baud thật
Sai số
9600 12MHz 1 -7(F9H) 8923 7%
2400 12MHz 0 -13(F3H) 2404 0.16%
1200 12MHz 0 -26(E6H) 1202 0.16%
19200 11.059MHz 1 -3(FDH) 19200 0
9600 11.059MHz 0 -3(FDH) 9600 0
2400 11.059MHz 0 -12(F4H) 2400 0
1200 11.059MHz 0 -24(E8H) 1200 0

Bảng2.6 : Tóm tắt tốc độ baud.


Luận văn tốt nghiệp 23 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

Chương 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1- Giới thiệu :

Hệ thống cân băng tải gồm 2 phần :
Bộ điều khiển hệ thống cân
Bộ đầu cân
Hệ thống cân băng tải của em là một hệ thống thu thập dữ liệu nhờ vào hai load
cell (mỗi load cell cân được khối lượng tối đa là 20kg ), dữ liệu thu thập được sẽ thay
đổi theo sự thay đổi của điệp áp đầu ra của load cell theo sự thay đổi khố
i lượng của
bao được cân.
Điện áp đầu ra của load cell được đưa vào mạch đầu cân và được xử lý để hiển
thị khối lượng hiện tại của bao đang cân trên led 7 đoạn và đồng thời cung lúc này

khối lượng của vật đang cân được truyền về mạch điều khiển qua IC MAX232. Mạch
điều khiển là mạch điều khiển toàn bộ quá trình hoạt độ
ng của hệ thống cân, dữ liệu từ
đầu cân đưa về bộ điều khiển sẽ được xử lý tính toán để hiển thị khối lượng hiện tại
của bao đang cân, hiển thị tổng khối lượng của các lần cân và hiển thị số bao được cân
và đồng thời dữ liệu của tổng số bao và dữ liệu của tổng khối lượng c
ủa các lần cân
cũng được lưu vào bộ nhớ EPROM của AT24C04.

Hình 4.1 : Sơ đồ khối của hệ thống cân
Tín hiệu đưa
về từ load cell
Bộ đầu cân
Hiển thị khối
lượng hiện tại của
Bộ điều khiển hệ
thốn
g
cân
Hiển thị khối
lượng hiện tại của
Hiển thị tổng khối
lượng cân
Hiển thị
tổng số
bao
Lưu vào
EEPROM
AT24C04
Luận văn tốt nghiệp 24 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng

Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

3.2 Tính toán và thiết kế phần cứng :

* Thiết kế cơ khí :


Mô hình bàn cân gồm các phần chính sau :
- Băng tải được làm bằng chất liệu đặc biệt, kích thước 0.8m x 0.4m có thể ép
dính 2 mép lại với nhau một cách tương đối phẳng. Điều này giúp cho việc giảm sai số
khi băng tải hoạt động.
- Động cơ kéo băng tải là loại động cơ có công suất nhỏ (~220W), tốc độ
~0.1m/s. Do đó có thể cân khoảng 300 sản phẩm/giờ.
-Cảm biến gồ
m :
+ 2 Loadcell loại 20 Kg được bố trí ở 2 đầu bàn cân. Tổng trọng lượng tối đa
có thể cân được sau khi đã loại bỏ khối lượng của vật liệu làm bàn cân là 10Kg.
+ 2 cảm biến quang thu phát hồng ngoại được đặt dọc theo bàn cân để phát hiện
sản phẩm và lấy mốc để xử lí tín hiệu.
- Sai số khi cân vào khoảng 3%.
* Mạch điều khiển :
Mạch điều khiển
điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Khi được cấp
nguồn mạch điều khiển sẽ kích cho băng tải hoạt động thông qua mạch động lực bằng
nút nhấn. Vật thể cần cân được di chuyển trên băng tải và được phát hiện bởi các cảm
Luận văn tốt nghiệp 25 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng
Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến

biến được bố trí dọc theo bàn cân, các tín hiệu từ cảm biến sẽ được đưa về CPU để
đếm số lượng vật thể. Đồng thời mạch điều khiển sẽ xử lý tính toán, lưu trữ dữ liệu

truyền về từ mạch đầu cân và hiển thị số liệu lên các LED 7 đoạn.
3.2.1 Khối mạch hiển thị :

Mạch hiển thị gồm 17 LED 7 đoạn, 17 transistor A564, IC giải mã 74LS154.
-Tính phân cực cho Transitor A564 :

ADD2
LED2
LED8
g
ADD1
R16
R
U1
AT89C51
9
18
19
31
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23

24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTA L2
XTA L1
EA/VPP
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4

P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
LED13
LED17
R7

R
LED5
LED11
EN_LED
LED15
ADD1
VCC
VCC
LED3
LED1
LED7S
7
6
4
2
1
9
10
5
3
8
a
b
c
d
e
f
g
p
C1

C2
c
LED1ADD0
Q11
PNP
3
1 2
LED7
LED4
b
e
d
LED10
a
C1
CAP
LED16
CTRL
ADD0
ADD2
VCC
p
LED9
U5
74154
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
13
14
15
16
17
23
22
21
20
18
19
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
Y9
Y10
Y11
Y12

Y13
Y14
Y15
A
B
C
D
G1
G2
f
LED14
EN_LED
Y1
LED12
LED1
LED6
ADD3
ADD3

Với V
CC
= 5V DC , Transitor SI và có
β
= 100, điện áp ngõ ra tại mỗi chân
port của 89C51 V
OL
= 0,45V, dòng để mỗi LED sáng là 10mA.
Chọn chế độ hoạt động của Transistor là bão hoà V
EC
= 0,5V.

Ta có :
LED
OLLEDECCC
LED
I
VVVV
R
−
−
−
=

10
45,025,05
−
−−
=
LED
R
= 205
Ω