4 4 4 thiết kế kit điều khiển nhiệt độ

Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ KIT ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 1

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

LỜI CẢM ƠN
Trước khi vào luận văn này em xin cám
ơn các thầy cô của bộ môn điều khiển tự động
đã truyền đạt cho em các kiến thức trong suốt
thòi gian qua.Em xin cám ơn cô Nguyễn Thị
Phương Hà đã giúp đở em trong thời gian làm
luận văn qua .và em cũng xin cám ơn bạn bè đã
giúp đở em khi làm luận văn
Em xin chân thành cám ơn các
thầy cô

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 2

SV:Võ Quang Hậu

Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

MỤC LỤC
Chương1:giới thiệu về hệ thống điều khiển nhiệt độ------------------------1
I / khái niệm về hệ thống điều khiển nhiệt độ--------------------------1
II/ các nguyên tắc điều khiển nhiệt độ ----------------------------------1
III/các loại cảm biến nhiệt đơ--------------------------------------------2
IV/mơ hình tổng quát và các phương pháp đo nhiệt độ --------------3
Chương 2:cảm biến nhiệt -------------------------------------------------------6
I/ các thông số cảm biến--------------------------------------------------6
II/các loại cảm biến thông dụng------------------------------------------6
Chương 3:giới thiệu vi xử lý AT89C57--------------------------------------11
I/giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MCS51---------------------------11
II/khảo sát sơ đồ chân 8952,và chức năng từng chân----------------13
III/cấu trúc bên trong vi điều khiển------------------------------------15
IV/hoạt động timer của 8952-------------------------------------------23
V/hoạt động Port nối tiếp -----------------------------------------------32
VI/tập lệnh họ 8952------------------------------------------------------39
Chương 4:mở rộng port dùng 8255-------------------------------------------45
I/cấu trúc phần cứng-----------------------------------------------------45
II/ cấu trúc phần mềm----------------------------------------------------47
III/ Giao tiếp 8255 với vi xử lý-----------------------------------------47
Chương 5 :thiết kế mạch-------------------------------------------------------49
I/ giới thiệu các linh kiện chính-----------------------------------------51
II/thiết kế kit vi xử lý ----------------------------------------------------54
III/ thiết kế mạch điều khiển công suất--------------------------------58
IV/ thiết kế mạch bàn phím---------------------------------------------60
V/ thiết kế mạch nguồn -------------------------------------------------61
VI/ thiết kế mạch hiển thị-----------------------------------------------63

VII/ thiết kế khối hiệu chỉnh zieger Nichol---------------------------64
--------------------------------------------VIII/ thiết kế mạch xử lý ADC
68
Chương 6: lưu đồ giải thuật---------------------------------------------------72
Chương 7:chương trình phần mềm-------------------------------------------80

GVHD TS:(cơ)Nguyễn Thị Phương Hà

 3

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật
và trong dân dụng. Từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng,
chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển có khả
năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã
thay thế các thiết bị điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ,
dễ dàng thao tác sử dụng.
Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển là điều mà các sinh
viên ngành điện mà đặc biệt là chuyên ngành điều khiển tự động phải hết sức
quan tâm.
Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử
dụng đươc lại là một điều rất phức tạp. Phần công việc xử lý chính vẫn phụ thuộc
vào con người, đó chính là chương trình hay phần mềm. Tuy chúng ta thấy các
máy tính ngày nay cực kỳ thông minh, giải quyết các bài tốn phức tạp trong vài
phần triệu giây, nhưng đó cũng là dựa trên sự hiểu biết của con người. Nếu

không có sự tham gia của con người thì hệ thống vi điều khiển cũng chỉ là một
vật vô tri. Do vậy khi nói đến vi điều khiển cũng giống như máy tính bao gồm 2
phầân là phần cứng và phần mềm.
Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn
đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 Bit đơn giản đến các bộ vi điều
khiển 32 Bit. Với cơng nghệ tiên tiến ngày nay các máy tính có thể đi đến việc
suy nghĩ, tri thức các thông tin đưa vào, đó là các máy tính thuộc thế hệ trí tuệ
nhân tạo.
Mặc dù vi điều khiển đã đi được những bước dài như vậy nhưng để tiếp cận được
với kỹ thuật này không thể một vấn đề đơn giản một sớm một chiều Việc hiểu
được cơ chế hoạt động của bộ vi điều khiển 8 Bit là cơ sở để chúng ta tìm hiểu và
sử dụng các bộ vi điều khiển tối tân hơn, đây chính là bước đi đầu tiên khi chúng
ta muốn xâm nhập sâu hơn vào lĩnh vực này.
Để tìm hiểu bộ vi điều khiển và tạo nền tản cho việc nghiên cứu sau nầy thì việc
trang bị những kiến thức về vi điều khiển cho sinh viên là hết sức cần thiết. Nên
em chọn đề tài “ Thiết kế và thi công hệ thống Kit Vi Điều Khiển 8952 ứng
dụng vào việc điều khiển nhiệt độ “

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 4

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

Chương I:
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
I.Khái niệm về hệ thống điều khiển nhiệt độ:

Nhiệt độ là đại lượng vật lý hiện diện khắp mọi nơi và trong nhiều lĩnh
vực, đặc biệt là trong cơng nghiệp vì mỗi sản phẩm , thiết bị hay điều kiện làm
việc cần những nhiệt độ khác nhau .Muốn có được nhiệt độ phù hợp cần phải có
một hệ thống điều khiển.Tùy theo tính chất ,u cầu của q trình mà nó địi hỏi
các phương pháp điều khiển thích hợp
Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân làm hai loại :Hệ thống điều
khiển hồi tiếp (feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự
(sequence control system)
 Điều khiển hồi tiếp thường được xác định và giám sát kết quả điều khiển , so
sánh nó với yêu cầu thực thi và tự động điều chỉnh đúng .
 Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tùy theo hoạt động điều
khiển trước khi xác định tuần tự.

II/ các nguyên tắc điều khiển :

1.Nguyên tắc thông tin phản hồi:
Trong các quá trình điều khiển ,tồn tại hai dịng thơng tin một từ cơ quan
chủ quản đến đối tượng và một từ đối tượng đi ngược về cơ quan điều khiển ,
được gọi là liên kết ngược hay hồi tiếp .
a) Quá trình điều khiển theo
n
nguyên tắc bù nhiễu:
Tác động vào đối tượng là
luật điều khiển u theo nguyên tác
Điều khiển
bùnhiễu để đạt đầu ra c mong
muốn,nhưng khơng quan sát tín
hiệu ra c .
c

u
Đối tượng
Về ngun tắc ,đối với hệ
phức tạp thì điều khiển theo mạch
hở khơng cho kết quả tốt .
b) Điều khiển theo sai lệch:
Cơ quan điều khiển quan
n
sát c, so sánh với định chuẩn
r
c
u
e
điều mong muốn r để chọn luật
Điều khiển
Đối tượng
điều khiển u.
Nguyên tắc ở đây là điều
chỉnh linh hoạt ,loại sai lệch ,thử
nghiệm và sửa.Đây là nguyên
tắc cơ bản trong điều khiển.
2.Nguyên tắc đa dang tương xứng:
Muốn q trình điều khiển có chất lượng thì sự đa dạng của cơ quan điều
khiển phải tương xứng với sự đa dạng của đối tượng .Tính đa dạng của cơ quan

GVHD TS:(cơ)Nguyễn Thị Phương Hà

 5

SV:Võ Quang Hậu

Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

điều khiển có thể dùng để chế ngự đối tượng thể hiện ở :khả năng thu thập thơng
tin , lưu trữ ,phân tích xử lý ,chọn quyết định ,tổ chức thực hiện.
3.Nguyên tắc bổ sung ngồi:
Một hệ thống ln tồn tại và hoạt động trong mơi trường cụ thể và có tác
động qua lại chặt chẽ với mơi trường đó .Trong điều kiện thừa nhận ngun tắc
bổ sung ngồi sau:thừa nhận có một đối tượng chưa biết (hộp đen)tác động vào
hệ thống và ta phải điều khiển cả hệ thống lẫn hộp đen.
4.Nguyên tắc dự trư:õ
Vì ngun tắc 3 ln coi thơng tin chưa đầy đủ phải đề phịng các bất trắc
có thể xảy ra và khơng được dùng tồn bộ lực lượng trong điều kiện bình
thường . Vốn dự trữ là khơng sử dụng ,nhưng cần để bảo đảm cho hệ thống vận
hành an toàn .
5.Nguyên tắc phân cấp:
Đối với một hệ thống phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ
sung cho trung tâm ,để khuếch đại khả năng điều khiển .Phải tránh khuynh
hướng hình thức và phân cấp quá đáng ,xử lý cho đúng nhiện vụ và quyền hạn ở
mỗi cấp
6.Nguyên tắc cân bằng nội:
Mỗi hệ thống cần được xây dựng với cơ chế cân bằng nội để có khả năng
tự giải quyết những biến động xảy ra.
III.Các loại điều khiển:
Sự phân loại điều khiển có tính chất quy ước
1.Điều khiển ổn định hóa:
Mục tiêu điều khiển là kết quả đầu ra bằng đầu vào chuẩn r(t) = const với
sai lệch cho phép exl (sai số ở chế độ xác lập)
e(t) = r(t) - c(t)  exl

Đặc biệt khi đầu ra hệ thống cần giữ là hằng số ,ta có hệ thống điều chỉnh
hay hệ thống ổn định .
Ví dụ: hệ thống ổn định nhiệt độ ,điện áp ,áp suất ,nồng độ tốc độ…
2.Điều khiển theo chương trình:
Nếu r(t) là một hàm định trước theo thời gian ,yêu cầu đáp ứng ra của hệ
thống sao chép lại các giá trị của tín hiệu vào r(t) thì ta có hệ thống điều khiển
theo chương trình .
Ví dụ: hệ thống điều khiển máy công cụ CNC ,điều khiển tự động nhà
máy xi măng Hoàng Thạch ,hệ thống thu thập và truyền số liệu hệ thống điện,
quản lý vật tư ở nhà máy …
3.Điều khiển theo dõi:
Nếu tín hiệu tác động vào hệ thống r(t) là một hàm không bết trước theo
thời gian ,yêu cầu điều khiển đáp ứng ra c(t) luôn bám sát được r(t) ,ta có hệ
thống theo dõi.Điều khiển theo dõi được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều
khiển vũ khí ,hệ thống lái tàu ,máy bay…
4.Điều khiển tối ưu hàm mục tiêu đạt cực trị:
Ví dụ các bài toán qui hoạch ,vận trù trong kinh tế ,kỹ thuật đều là các
phương pháp điều khiển tối ưu.

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 6

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

IV.Mơ hình tổng qt và các phương pháp đo nhiệt độ:
1.Mơ hình hệ thống điều khiển:

e(kt)

+

N
-

u(kt)

y(t)

Digital
Controll

ADC

HTDK

C

CẢM BIẾN

Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ là một đạng của hệ thống thu thập dữ
liệu .Nhìn chung một hệ thống thu thập dữ liệu đầy đủ có những thành phần sau:
 Phần thu thập dữ liệu từ đối tượng bên ngoài vào hệ thống vi xử lý-máy tính.
Phần này gồm các cảm biến ,mạch gia cơng tín hiệu ,bộ chuyển đổi tín hiệu
tương đồng sang tín hiệu số (ADC) và các thiết bị ngoại vi khác như nguồn,
đường dây truyền dữ liệu …
 Phần điều khiển : bao gồm hệ vi xử lý , máy tính và hệ thống tác động vào đối
tượng .

 Phần mềm: là chương trình cho kít xử lý tại chổ và chương trình cho máy tính
nhằm thu nhận dữ liệu và điều khiển nhiệt độ cũng như giao tiếp với người sử
dụng .Các thành phần trên liên quan chặt chẽ với nhau ,tạo thành một hệ
thống hợp nhất .Từ phân tích trên một hệ thống thu thập dữ liệu (ADS)sẽ có
những thành phần cấu trúc sau:

Kênh 1

Mạch
Gia cơng 1

KÍT

DỒN

LƯU

KÊNH
TƯƠNG

Kênh n

Mạch
Gia cơng n

Mạch đối tượng 1

ADC

TRỮ

VÀ

Máy
tính
chủ

ĐIỀU

TỰ

KHIỂN

BỘ
PHÂN

Mạch đối tượng n

KÊNH

GVHD TS:(cơ)Nguyễn Thị Phương Hà

 7

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

2.Chức năng các khối trong hệ thống điều khiển:
2.1.Kít chủ vi xử lý:

Kit sử dụng một chip vi xử lý ,là đơn vị master nhận yêu cầu từ người sử
dụng và truyền dữ liệu cho các slave khác ,ở đây sử dụng kỹ thuật truyền thông
đa xử lý để giao tiếp kit chủ và các kit xử lý slave,giữa kit chủ và máy tính, chỉ
có thể giao tiếp khi tác động phím từ kit .
Kit chủ có thiết kế phần cứng như các kit slave, duy chỉ có thêm về phần
cứng mạng truyền và phần chương trình quản lý các thơng số của các đơn vị
slave.
2.2.khối thu thập dữ liệu
Khối thu thập dữ liệu có nhiệm vụ thu nhận các giá trị đo từ cảm biến và
biến đổi sang tình hiệu số để kít có thể xử lý
2.4. Chương trình điều khiển:
Thực hiện việc giao tiếp giữa các vi xử lý và kit chủ ,giữa kit chủ và máy
tính ,đặt trị.
3.Các phần tử trong thiết bị đo và phương pháp đo nhiệt độ:
3.1.Các phần tử trong thiết bị đo:
 CẢM BIẾN
Phần tử biến đổi các đại lượng không điện sang đại lượng điện,bộ phận
này thường dùng thermocouple.
 BỘ CHẾ BIẾN TÍN HIỆU
Biến đổi tín hiệu điện thu được từ thermocouple cho phù hợp với mức vào
mạch biến đổi tín hiệu A/D.
 BỘ HIỂN THỊ KẾT QUẢ
Hiển thị kết quả thu được dưới dạng hiển thị số.
 BỘ ĐIỀU KHIỂN
Thực hiện điều khiểntheo phương pháp PID hay ON/OFF.
 MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CƠNG SUẤT
Khuếch đại tín hiệu điều khiển để điều chỉnh nhiệt độ.
3.2.Các phương pháp đo:
Hiện nay có rất nhiều phương pháp đo khác nhau :từ đơn giản đến phức
tạp, từ loại có độ chính xác vừa đến loại chính xác cao.

 Đo nhiệt độ bằng cột thủy ngân.
 Đo nhiệt độ bằng điện trở.
 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện.
 Đo nhiệt độ bằng diode và transistor .
 Dụng cụ đo nhiệt theo nhiệt nóng chảy của các chất.
 Dụng cụ đo nhiệt độ theo dòng điện bức xạ.
 Đo nhiệt độ bằng IC cảm biếm nhiệt.
 Đo nhiệt độ bằng cảm biến thạch anh.

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 8

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

Đo nhiệt độ dùng cảm biến thạch anh có ưu điểm hơn so với các phương
pháp khác ,vì nó có độ chính xác cao ,việc chuyển đổi dạng số rất dễ dàng đối
với thông tin liên quan đến tần số.
Ví dụ: đặc tính đo lường của tinh thể thạch anh do hãng Heulett Packard chế tạo
có:
 Khoảng đo -80oC  250oC.
 Khoảng tuyến tính  0.05% khoảng đo.
 Độ nhạy 1000HZ oC .
 Khả năng đo 0.0001oC.
Tuy nhiên có hạn chế là khó chế tạo ,các mạch dao động thạch anh khó
tinh chỉnh.
a) Cách lắp đặt bộ cảm ứng nhiệt:

Vị trí của cảm ứng nhiệt ảnh hưởng rất lớn đến việc đo đạc và điều khiển
nhiệt độ của vật thể .Cảm ứng nhiệt càng xa nguồn nhiệt thì càng vọt lố cao do
đó tùy theo yêu cầu cụ thể mà ta lắp đặt vị trí thích hợp
b) Quan hệ giữa các thang đo nhiệt độ:
ToC =T(oK)-273.15
ToC ={T(oF)-32}5/9

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 9

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

Chương II:
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt độ là dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành các đại
lượng vật lý khác chẳng hạn như điện, áp suất, độ giãn nở dài, độ giãn nở khối,
điện trở, … Cảm biến nhiệt độ là phần tử không thể thiếu trong bất kỳ hệ thống
đô lường điều khiển nhiệt độ nào. Cảm biến nhiệt độ có khả năng nhận biết được
tín hiệu nhiệt độ một cách chính xác, trung thực và chuyển đổi thành tín hiệu có
thể đo lường được như điện áp, dịng điện, điện trở, thể tích áp suất…
I.CÁC THƠNG SỐ CẢM BIẾN:
1.Thơng số cấu tạo: được quyết định do nhà sản xuất và phụ thuộc vào từng loại
cảm biến.
2.Thông số sử dụng: bao gồm các yếu tố sau:
 Khoảng làm việc : là khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả năng khi chưa
bị bảo hòa . Khoảng làm việc cao hay thấp là do tính chất cấu tạo và tính

lý hóa của từng loại cảm biến qui định.
 đôä nhạy: được định nghĩa:

df: sự thay đổi đại lượng đo của cảm biến
dx : sự thay đổi đại lượng vật lý.
 Ngưỡng độ nhạy: là mức thấp nhất mà cảm biến có thể phát hiện được.
 Tính trễ: cịn gọi là qn tính của cảm biến. Tính trễ của cảm biến tạo ra
sai số của phép đo. Tốc độ thay đổi cuả đại lượng đo phải phù hợp với
tính trễ của cảm biến. Nếu đại lượng đo thay đổi quá nhanh mà quán tính
của cảm biến lớn thì khơng thể đo chính xác được. Mọi cảm biến đều có
tính trễ do ảnh hưởng của vỏ bảo vệ.
II.CÁC LOẠI CẢM BIẾN THÔNG DỤNG:
1.Cặp nhiệt điện :
Cặp nhiệt điện là dụng cụ đo nhiệt độ thường được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp.Cơ sở chế tạo cặp nhiệt điện dựa trên các nguyên lý sau:
 Hiệu ứng Thomson: qua một dây dẩn có dịng điện I và hiệu nhiệt trên 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
 Hiệu ứng Seebeck: trong một dây dẫn bất kỳ , khi có sự chênh lệch nhiệt độ
tại một điểm thì ngay tại điểm đó sẽ xuất hiện một suất điện động
 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.
 Nguyên tắc:
Nguyên tắc cấu tạo của cặp nhiệt điện dựa theo cơ sở thực nghiệm sau:

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 10

SV:Võ Quang Hậu


T1

a
b

Eab(T1,T2)

b

T2
Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

BỘ HIỂN THỊ
Khi nung nóng một dây kim loại hay một đoạn dây ,tại đó tập trung điện tử tự do
và có khuynh hướng khuếch tán từ nơi tập trung nhiều đến nơi tập trung ít . Có
nghĩa là đầu nóng (+)sang đầu nguội(-) (hiệu ứng seebeck). Ở đoạn dây xuất hiện
một suất điện động Thomson phụ thuộc vào bản chất của dây kim loại.
Rỏ ràng ở đây nếu ta dùng hai dây kim loại đồng chất a ,nối với nhau qua
hai điểm T1 và T2 trong mạch sẽ xuất hiện hai suất điện động bằng nhau nhưng
ngược chiều nhau nên tổng suất điện động bằng khơng.
Nhưng nếu mạch kín trên được cấu tạo bởi hai dây kim loại khác nhau a
và b thì tổng suất điện động xuất hiện trong mạch này bằng suất điện động
Thomson phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối T1,T2 ở hai đầu mối ghép của dây dẫn
.Ngoài ra trong mạch cịn có suất điện động Seebeck ,điều này được giải thích là
do sự tập trung khác nhau của điện tử tự do ở hai đầu mối ghép . Mặt khác ,do sự
xuất hiện thế năng tiếp xúc tại khu vực mối ghép bởi hai dây dẫn không đồng
chất . lý thuyết trên được thể hiện bằng công thức:

Eab(T1,T2)=Eab(T2)-Eab(T1)
Trong đó:
+ Eab(T1,T2) : tổng suất điện động trong mạch kín khi hai đầu mối ghép có
nhiệt độ T1,T2.
+Eab(T1) : suất điện động Thomson xuất hiện trong mạch tại mối ghép có
nhiệt độ T1.
+Eab(T2) : suất điện động Thomson xuất hiện trong mạch tại mối ghép có
nhiệt độ T2.
Cơng thức trên chính là cơ sở chế tạo cạêp nhiệt điện .Nếu để chuẩn một
đầu có nhiệt độ T1=0oC thì suất điện độngở hai đầu cặp nhiệt tại mối ghép khi
T2=T là:

A,B,C là các hằng số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo. Như vậy suất điện
động E0 là hàm phi tuyến đối với nhiệt độ .Nói cách khác độ nhạy của cặp nhiệt
thay đổi trong từng khoảng đo.Hoặc về mặt toán học hàm Eo được xem là tuyến
tính với nhiệt độ khi B,C A.
Tóm lại: suất điện động được xem là tuyến tính với nhiệt độ trong khoảng
làm việc nào đó tùy theo cấu tạo của từng loại kim loại để làm cặp nhiệt.
 Cấu tạo :
Cặp nhiệt điện được chế tạo bằng hai sợi kim loại khác nhau ,và có ít nhất
là hai mối nối.Một đầu được giữ ở nhiệt độ chuẩn gọi là đầu ra đầu còn lại tiếp
xúc với đối tượng đo.
Cặp nhiệt điện có cực dương và cực âm,cực dương thường đánh dấu màu
đỏ
Tùy theo vật liệu chế tạo ,cặp nhiệt điện được phân thành các loại sau:

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 11

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ
E(mV)

E: Chromel/constantan
J: Sắt/constantan
T: Đồng/constantan
K: Chromel/Alumel
R: Platin-Rodi(13%)/Platin
S: Platin-Rodi(10%)/Platin
B: Platin-Rodi(30%)/Platin-Rodi(6%)

E

70

J

60

K

50
40
30
20

R
T

S
B

10

T
K
J
E

200 600 1000 1400 1800

T (0C)

 Vật liệu cấu tạo
Về nguyên tắc ,khi đốt nóng mối hàn của hai kim loại bất kỳ đều phát sinh
một suất điện động nhiệt .Nhưng không phải tất cả các kim loại và hợp kim nào
cũng đều dùng làm cặp nhiệt được.Vật liệu làm cặp nhiệt điện đòi hỏi một số u
cầu sau:
 độ tinh khiết cao
 tính chống ăn mịn tốt
 độ nóng chảy cao hơn nhiệt mơi trường cần đo
 một số tính chủ yếu như dẫn điện ,dẫn nhiệt tốt
 tính lặp lại trong khoảng một thời gian dài
Ngồi ra độ chính xác của cặp nhiệt điện cịn phụ thuộc vào độ chính xác
chế tạo và lý tính của môi trường đo.
 Cách sử dụng:

Để cặp nhiệt độ 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 khơng cách nhiệt.
+ Phải đặt cặp nhiệt ở nơi thích hợp vì thường là nhiệt khơng phân bố đều.
+ Vị trí lắp đặt phải tránh chổ có từ trường ,điện trường mạnh.
+Để cặp nhiệt thẳng đứng đề phòng ống bảo vệ bị biến dạng do nhiệt cao.
+Nên lắp đặt dây bù vào ống sắt nối đất để tránh nhiễu .
2.Nhiệt kế điện trở:
Nguyên lý làm việc của nhiệt kế là dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt
độ của các vật liệu dẫn điện.
2.1.Nhiệt điện trở kim loại:
 Cấu tạo:
Vật liệu cấu tạo điện trở kim loại đòi hỏi các yêu cầu sau:
+ Hệ số nhiệt lớn

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 12

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

+ Điện trở suất lớn
+ Tính ổn định lý hóa tốt
+ Tính thuần khiết
 Độ nhạy:
Độ nhạy S của nhiệt điện trở kim loại có dạng sau:
 : là hệ số nhiệt điện trở.

Ro: là điện trở ở 0oC.
 Hệ số nhiệt điện trở:
Hệ số nhiệt điện trở của kim loại sẽ tính như sau:
Hệ số nhiệt  phụ thuộc vào tính đồng nhất của kim loại .
2.2.Nhiệt điện trở bán dẫn:
Thay đổi nhiệt độ được chế tạo bằng chất bán dẫn thường gọi là
Thermistor
Thành phần chính của thermistor là bột của các oxyt kim loại như Máy
nghiền bi,Fe,Ni…,hoặc các hổn hợp tinh chế như MgAl2O4 ,Zn2TiO4 …
 Phân loại:
Nhiệt điện trở bán dẫn được chia thàn hai loại :
 Nhiệt điện trở Pct :là loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương ,nghĩa là nhiệt
độ tăng thì R giảm.
 Nhiệt điện trở
Nct: thành phần chính là bột kim loại như: MnAl 2O4 và
Zn2TiO4 .Độ tin cậy của nhiệt điện trở bán dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết
của vật liệ chế tạo .Nct thường có hình dạng như:dạng hạt ,dạng dĩa ,dạng
khoen.
 Hệ số thu nhiệt độ:
Thermistor sẽ bị đốt nóng khi khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng từ
nhiệt độ T0 đến T ,như vậy là nhiệt điện trở đã tiêu thụ được một công suất theo
công thức như sau:
W= C(T-T0)
C : là hệ số thu nhiệt của điện trở :là năng lượng cần thiết để làm tăng
nhiệt độ của Thermistor lên 1oC so với nhiệt độ xung quanh,có đơn vị là wm/oC .
 Cách sử dụng:
Khi sử dụng nhiệt kế không nên dùng nhiệt điện trở ở nhiệt độ quá cao
hay qúa thấp làm cơ cấu tinh thể kim loại thay đổi ,cũng không nên để nơi quá
ẩm sẽ tạo điều kiện cho điện trở rỉ khơng kiểm sốt được .Khơng nên đặt điện trở
kim loại nơi có chấn động rung hay va đập .

 Các ưu điểm: có độ chính xác cao,có thể kết nối với máy tính…
3.IC cảm biến nhiệt độ:
Đây là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển đổi thành điện ,cho
phép đo được ở dạng biến áp hay dòng.
Một số loại IC cảm biến thông dụng:LX5700, LX135, LM235, LM335,
AD590, LM134,…

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 13

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 14

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

CHƯƠNG 3 :
GIỚI THIỆU VI XỮ LÝ AT 89C52

I. GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951):
-Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn

tương tự như nhau. Ở đây giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng
Intel của Mỹ sản xuất. Chúng có các đặc điểm chung như sau:
Các đặc điểm của 8952 được tóm tắt như sau :


8 KB EPROM bên trong.



128 Byte RAM nội.



4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.



Giao tiếp nối tiếp.



64 KB vùng nhớ mã ngoài



64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.



Xử lí Boolean (hoạt động trên bit đơn).



210 vị trí nhớ có thể định vị bit.



4 s cho hoạt động nhân hoặc chia.



3 Bộ định thời timer.

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 15

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

Sơ đồ khối của 8951:

SERIAL
PORT
INT1\
TIMER
0
INT0\

TIMER 1
TIME 2

128 byte
RAM
8051\8052
INTERRUPT
CONTROL

OTHER
REGISTER

128 byte
RAM

ROM
4K: 8031
4K: 8051
EPROM
4K: 8951

TIMER 2
TIMER1
TIMER1

CPU

BUS
CONTROL

I/O PORT

SERIAL
PORT

OSCILATOR

EA\
RST

ALE\
PSEN\

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

P0 P1 P2 P3
Address\Data

 16

TXD RXD

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

II. KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 89C52, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN:
1.Sơ đồ chân 8951:
40

30pF

19

12 MHz

XTAL.1

Vcc
P0.7
P0.6
P0.5
P0.4
P0.3
P0.2
P0.1
P0.0

XTAL.2
18

30pF

PSEN\
ALE

29

EA\

30

P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0

RST

31
8951

9

RD
WR
T1
T0
INT1
INT0
TXD
RXD

17
16
15

14
13
12
11
10

P3.7
P3.6
P3.5
P3.4
P3.3
P3.2
P3.1
P3.0

P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0

Vss

32 AD7
33 AD6
34 AD5
35 AD4

36 AD3
37 AD2
38 AD1
39 AD0
8
7
6
5
4
3
2
1
28 A15
27 A14
26 A13
25 A12
24 A11
23 A10
22 A9
21 A8

20
Sơ đồ chân IC 8951

2. Chức năng các chân của 8951:
- 8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó
có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể
hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần
của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.
a.Các Port:

 Port 0 :
- Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 8951. Trong các thiết kế
cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với
các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus
dữ liệu.
 Port 1:
- Port 1 là port IO trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1,
P1.2, … có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngồi nếu cần. Port 1 khơng có

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 17

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên
ngoài.
 Port 2:
- Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21 - 28 được dùng như các
đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ
nhớ mở rộng.
 Port 3:
- Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10 - 17. Các chân của port
này có nhiều chức năng, các cơng dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính
đặc biệt của 8951 như ở bảng sau:
Bit
Tên

Chức năng chuyển đổi
P3.0
RXT
Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.
P3.1
TXD
Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.
P3.2
INT0\
Ngõ vào ngắt cứng thứ 0.
P3.3
INT1\
Ngõ vào ngắt cứng thứ 1.
P3.4
T0
Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0.
P3.5
T1
Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1.
P3.6
WR\
Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngồi.
P3.7
RD\
Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngồi.
. Các ngõ tín hiệu điều khiển:
 Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):
- PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ
chương trình mở rộng thường được nói đến chân 0E\ (output enable) của Eprom
cho phép đọc các byte mã lệnh.

- PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh. Các mã
lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào
thanh ghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh. Khi 8951 thi hành chương trình
trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1.
 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) :
- Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngồi, port 0 có chức năng là bus địa chỉ
và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở
chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ
liệu khi kết nối chúng với IC chốt.
- Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng
vai trị là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hồn tồn tự động.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có
thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE
được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8951.
 Ngõ tín hiệu EA\(External Access):
- Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở
mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8
Kbyte. Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân
EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8951.
 Ngõ tín hiệu RST (Reset) :

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 18

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

-Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951. 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.
 Các ngõ vào bộ dao động X1, X2:
- Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế chỉ
cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh
thường sử dụng cho 8951 là 12Mhz.
 Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.
III. CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN
1. Tổ chức bộ nhớ:

FFFF
FF
00
On - Chip
Memory

FFFF

CODE
Memory
Enable
via
PSEN

0000

0000

DATA

Memory
Enable
via
RD & WR

External Memory

Bảng tóm tắt các vùng nhớ 8951.
7F

FF
RAM đa dụng

30
2F
2E
2D
2C

7F
77
6F
67

7E
76
6E
66

7D

75
6D
65

7C
74
6C
64

7B
73
6B
63

7A
72
6A
62

79
71
69
61

78
70
68
60

F0

F7

F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0

E0

E7

E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC

D0

D7

D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW

B8

-

B0
A8

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

- BC BB BA B9 B8

IP

B7

B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

P.3

AF

AC AB AA A9 A8

IE

 19

-

B

SV:Võ Quang Hậu


Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ

2B
2A
29
28
27
26
25

24
23
22
21
20
1F
18
17
10
0F
08
07
00

5F
57
4F
47
3F
37
2F
27
1F
17
0F
07

5E
56
4E

46
3E
36
2E
26
1E
16
0E
06

5D
55
4D
45
3D
35
2D
25
1D
15
0D
05

5C
54
4C
44
3C
34
2C

24
1C
14
0C
04

5B
53
4B
43
3B
33
2B
23
1B
13
0B
03

5A
52
4A
42
3A
32
2A
22
1A
12
0A

02

59
51
49
41
39
31
29
21
19
11
09
01

58
50
48
40
38
30
28
20
18
10
08
00

A0

A7

A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

P2

99
98

khơng được địa chỉ hố bit
SBUF
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON

90

97

96 95 94 93 92 91 90

P1

8D
8C
8B
8A

khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit

TH1
TH0
TL1
TL0

Bank 3

89

khơng được địa chỉ hố bit

TMOD

Bank 2

88
87

8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON
không được địa chỉ hố bit
PCON

83
82
81
88

khơng được địa chỉ hố bit
khơng được địa chỉ hố bit

khơng được địa chỉ hố bit
87 86 85 84 83 82 81 80

Bank 1
Bank thanh ghi 0
(mặc định cho R0 -R7)

DPH
DPL
SP
P0

CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT
- Bộ nhớ trong 8951 bao gồm ROM và RAM. RAM trong 8951 bao gồm
nhiều thành 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.
- 8951 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt
cho chương trình và dữ liệu. Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8951
nhưng 8951 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ
liệu.
Hai đặc tính cần chú ý la ø:
 Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được định vị (xác định) trong
bộ nhớ và có thể truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác.
 Ngăn xếp bên trong Ram nội nhỏ hơn so với Ram ngoại như trong các bộ
Microcontroller khác.
RAM bên trong 8951 được Phân chia như sau:
 Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH.
 RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH.
 RAM đa dụng từ 30H đến 7FH.
 Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH.

 RAM đa dụng:

GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà

 20

SV:Võ Quang Hậu