đề thi Vi xử lý trong đo lường và điều khiển HaUI

Đề 1

Hệ thống đo và cảnh báo nhiệt độ (dải 0 => 50 độ C) sử dụng VĐK họ 8051 và cảm
biến LM35. Tín hiệu cảnh báo khi nhiệt độ khi vượt ngưỡng 40 độ C. Khối hiển thị
kết quả đo dùng LED 7 thanh.
a. nguyên lý đo và đề xuất phương án xử lý:
* Nguyên lý đo nhiệt độ:
Cảm biến nhiệt độ là loại cảm biến Analog. Nguyên lý hoạt động của cảm biến là chuyển
đổi nhiệt độ sang tín hiệu điện áp(U) hoặc dòng điện(I), giá trị này sẽ tương ứng với
mức nhiệt độ nhất định.
* Đề xuất phương án xử lý tín hiệu ra từ LM35 và tính tốn nhiệt độ:
+ Vì đầu ra của LM35 là tín hiệu Analog nên ta cần sử dụng bộ chuyển đổi ADC0804
chuyển đổi tín hiệu của cảm biến sang tín hiệu Digital để vxl 8051 có thể đọc được và
thực hiện tính tốn từ đó hiển thị lên LED 7 thanh.
+ LM35 có dải đo từ 0->50*C ứng với mỗi 1*C là 10mV
Cách tính nhiệt độ: V ref 255 = 5255 →1 ADC 0.0196 V

→ xADC → V ¿= x .V ref 255 → Nhi ệ t độ=100.V ¿(¿ C)

Note: 255 là độ phân giải 8 bit của ADC 0804
Vref = 5V (điện áp tham chiếu)
100 (hệ số chuyển đổi từ mV sang độ C)
b. sơ đồ khối và giải thích chức năng
*Sơ đồ khối:

1

*Giải thích Chức năng:
+ Khối đo: Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 để đo nhiệt độ và gửi tín hiệu Analog về bộ
chuyển đổi ADC cho vxl.
+ Khối hiển thị: Để hiển thị kết quả đo được lên LED 7 thanh do dải đo từ 0->50*C nên

ta sử dụng 2 LED 7 thanh cathode chung.
+ Khối cảnh báo: Nhận tín hiệu và tiến hành cảnh báo khi giá trị đo được vượt ngưỡng
cảnh báo.

c. thuật toán dự kiến gồm những cơng việc gì? Giải thích thuật tốn đơ và cảnh báo
nhiệt độ?
*Thuật tốn dự kiến:
- Đọc ADC
- Tính tốn nhiệt độ
-Hiện giá trị và cảnh báo.

2

*Thuật tốn chương trình chính: *Thuật tốn đọc ADC:

Đọc giá
trị

RET

3

- Chương trình con tính tốn Chương trình cảnh báo

Note : X là giá trị đọc của ADC
1.96(điện áp tham chiếu Vref = 5V)

4

ĐỀ 2:

Câu 1: Các thanh ghi liên quan đến Timer/Counter của 8051 là gì? Muốn sử dụng
Timer 0 chế độ 1, Counter 1 chế độ 2 thì giá trị thanh ghi TMOD bằng bao nhiêu?
*Các thanh ghi liên quan : Thanh ghi TCON, TMOD, TH, TL
TMOD:

TCON

TH1: Timer 0 chế độ 1 và Counter 1 chế độ 2
Giá trị thanh ghi TMOD: 0110 0001  0x61;
TH2:
Timer 0 chế độ 1: 0000 0001  0x01;
Counter 1 chế độ 2: 0110 0000 0x60;

5

Câu 2: Hệ thống đo nhiệt độ trong khoảng 0->99*C và cảnh báo nhiệt độ khi vượt
ngưỡng 38*C sử dụng cảm biến LM35
a. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống là gì? Để thực hiện hệ thống trên cần ngoại vi gì?
* Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống:

Khối đo Khối xử lý Khối hiển thị

* Sơ đồ chi tiết: Khối cảnh
báo
LM35
ADC

*Thiết bị ngoại vi:
+ Cảm biến: LM35 để đo nhiệt độ và gửi tín Analog về bộ chuyển ADC cho vxl

+ Thiết bị chuẩn hóa: ADC 0804 để chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu Digital cho
vxl 8051.
+ Thiết bị điều khiển: 8051, nhận tín hiệu đã chuẩn hóa từ ADC và xử lí.
+ Hiển thị: với dải đo từ 0->99*C cần 2 LED 7 thanh để hiển thị kết quả của phép đo.(sử
dụng tran để bảo vệ mạch và dùng để phục vụ thuật toán quét LED).

6

b. Vẽ sơ đồ nguyên lý cơ bản ghép nối các thành phần trong hệ thống.

LM35 Data P1 P0 Data LED 7
Control thanh
ADC 8051
0804
P3
Control

c. Nguyên lý và các bước thực hiện tính tốn giá trị đo là gì?
Giá trị nhiệt độ LM35 :1 độ C tương ứng với 10 mV
Tính toán kết quả đo

Nhiệt độ Đầu ra chuẩn hóa Đầu ra ADC
0 độ C 0 00H
99 độ C 0.99(V) 33H

Tx ( độ C) Ux (V) Nx

Vậy ta có :

99 = 51 ↔ T x= 99∗N x=k∗Nx

Tx Nx 51

Kết luận :Nhiệt độ cần đo được bằng cách đọc giá trị Nx có cách tính như sau

T =k∗Nx

7

d. Xây dựng thuật toán đo và cảnh báo Cảnh báo S

BEGIN T>38*C LED tắt
Khởi tạo Đ
Đọc ADC
Tính nhiệt độ LED sáng
Hiển thị
Cảnh báo RETI

END *Chương trình tính tốn nhiệt độ

8 Tính T

X = read(ADC)
Temp = x*Nx

Return temp

RETI

Đề 3

Cho hệ thống đo mức nước (L) trong bể dùng VĐK AT89C52, cảm biến đo mức có
đặc tính: dải đầu vào (đo) L=[0-5]m. Tín hiệu ra dạng điện áp tương ứng là [0-2,5]V
có dây màu BROWN, dây âm màu BLACK. Khối hiển thị kết quả đo dùng LCD
a, trình bày nguyên lý đo mức? Đề xuất phương pháp xử lý và tính tốn mức?
*Ngun lý đo mức nước: Cảm biến đo mức là loại cảm biến analog. Nguyên lý hoạt
động của cảm biến là chuyển đổi sang tín hiệu điện áp, tín hiệu này sẽ được gửi đến bộ
xử lý để thực hiện tính tốn và đưa ra giá trị đo tương ứng.
*Phương án: Sử dụng bộ chuyển đổi ADC 0804 để chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín
hiệu Digital cho vi xử lí 8051 tính tốn
*Tính tốn: 1 ADC = V ref 255 = 2.5 255 =0.0098V

xADC V ¿= x∗V ref 255 → Mức nước =V ¿∗5( dải đầu vào max) 2.5( điệnáp ra max) =2∗V ¿

b. dự kiến sơ đồ khối phần cứng? Giải thích chức năng khối đo và hiển thị?
*Sơ đồ khối

- Chức năng:
+ Khối đo: Sử dụng cảm biến mức để đo mức nước và gửi tín hiệu Analog về bộ chuyển
đổi ADC cho vxl.
+ Khối hiển thị: Để hiển thị kết quả đo được lên LED 7 thanh do dải đo từ 0->5m nên ta
sử dụng 1 LED 7 thanh cathode chung.

9

c. thuật tốn dự kiến gồm có những cơng việc gì? Giải thích thuật tốn đo và hiển
thị?

*Thuật tốn dự kiến:

- Đọc ADC

- Tính tốn mức nước

- Hiện giá trị.

*Thuật tốn chương trình chính: *Thuật tốn đọc ADC:

Đọc giá
trị ADC

RET

10

Chương trình con tính tốn

Khai báo
Float Muc
Muc = 2*Vin

11

Đề 4

Hệ thống đo và cảnh báo áp suất sd VĐK họ 8051, dải đo từ [0-10]Pa , đầu ra mạch
cảm biến dải điện áp tương ứng [0-5]V .Hai đèn báo ngưỡng thấp (LP) và ngưỡng
cao (HP) tương ứng vs giá trị 0,5 Pa và 8,5 Pa. Khối hiển thị kết quả đo dùng LCD
a, trình bày nguyên lý đo áp suất? Đề xuất phương án xử lý tín hiệu và tính tốn áp
suất
*Ngun lý đo áp suất:

Cảm biến áp suất là loại cảm biến Analog. Nguyên lý hoạt động của cảm biến là chuyển
đổi áp suất sang tín hiệu điện áp tín hiệu này sẽ được gửi đến bộ chuyển đổi tín hiệu
Analog sang Digital cho vxl tính tốn.
* Đề xuất phương án xử lý tín hiệu ra từ cảm biến và tính tốn áp suất:
+ Vì đầu ra của cảm biến là tín hiệu Analog nên ta cần sử dụng bộ chuyển đổi ADC0804
chuyển đổi tín hiệu của cảm biến sang tín hiệu Digital để vxl 8051 có thể đọc được và
thực hiện tính tốn từ đó hiển thị lên LCD (LM016L).
+ Cảm biến có dải đo từ 0->10Pa tương ứng với dải điện áp đầu ra từ 0->5V
Cách tính áp suất: V ref 255 = 5255 →1 ADC 0.0196 V

→ xADC → V ¿= x .V ref 255 → Áp suất= V ¿∗10 5 =2∗V ¿ ( Pa)

b. dự kiến sơ đồ khối phần cứng hệ thống gồm các khối chức năng gì? Giải thích
chức năng khối đo và cảnh báo?
*Sơ đồ khối

12

Chức năng:
+ Khối đo: Sử dụng cảm áp suất để đo áp suất và gửi tín hiệu Analog về bộ chuyển đổi
ADC cho vxl.
+ Khối cảnh báo: Nhận tín hiệu và tiến hành cảnh báo khi giá trị đo được vượt ngưỡng
cảnh báo.
c. thuật tốn dự kiến gồm những cơng việc gì? Giải thích thuật tốn đo và cảnh
báo?
*Thuật tốn dự kiến:
- Đọc ADC
- Tính tốn áp suất
- Hiện giá trị và cảnh báo.

13

*Thuật tốn chương trình chính: *Thuật tốn đọc ADC:

Đọc giá
trị

RET

14

Chương trình con tính tốn Chương trình cảnh báo
Cảnh báo
Khai báo
Float áp suất P<0.5Pa Đ LP bật
Áp suất = 2*Vin HP bật
Return áp suất S

P>8.5Pa Đ

S
Tắt tất cả các đèn

Cảnh báo

Note : V ¿= x∗V ref 255

15

Đề 5

Câu 1 : VĐK có mấy Timer/Counter? Khi lựa chọn Counter chế độ 1 thì Counter
đếm tối đa đến số bao nhiêu?
Vi điều khiển 8051 có 2 Timer/Counter là T/C 1 và T/C 0 .
Khi lựa chọn Counter chế độ 1 ( chế độ 16 bit ( M1 M0 = 0 1)), thì có thể đếm đến số
65535(FFFF H).
Câu 2 : hệ thống đo tốc độ động cơ (dải đo 0-1500v/p) sử dụng VĐK họ 8051 với
Encoder 100 xung/vòng. Cảnh báo tốc độ mức cao 1400v/p. Khối hiển thị LED 7
thanh.
a, Mô tả Sơ đồ khối chức năng của hệ thống? Để thực hiện hệ thống trên sd ngoại vi
nào?
Sơ đồ khối hệ thống:

Hình 3 1:Sơ đồ khối chức năng của hệ thống
- Cảm biến : dùng encorder 100 xung/vòng đo tốc độ động cơ , phát ra xung đưa vào
8051
- Thiết bị điều khiển : 8051, nhận xung từ encoder rồi xử lí
- Hiển thị :với dải đo từ 0-1500 v/p cần 4 led 7 thanh để hiển thị kết quả của phép đo
.

16

*Để thực hiện hệ thống trên sử dụng các ngoại vi
- Động cơ :
- Cảm biến: dùng encorder 100 xung/vòng đo tốc độ động cơ , phát ra xung đưa vào
8051
- Khối vi xử lí : 8051, nhận xung từ encoder rồi xử lí Hiển thị :LED 7 thanh
- Cảnh báo : đèn cảnh báo mức cao .

b. giải thích và lập luận việc sd các chân của VĐK cho các ngoại vi?

+ Encoder 100 xung/vòng:
Dùng encoder đo tốc độ động cơ và xuất ra tín hiệu xung , đưa tín hiệu này vào chân
P3.2(INT0) ( dùng ngắt ngoài 0 theo mức sườn xuống ) .sử dụng Timer 0 để tạo chu kì
lấy mẫu 1s .
Hoặc xung từ encoder đưa vào chân P3.4(đầu vào xung đếm ngoài cho T0 – sử dụng bộ
đếm T0 để đêm xung từ Encoder).
+ Dữ liệu đưa ra được hiển thị lên LED 7 thanh qua cổng P0
+ LED 7 thanh có chân Anode chung – 4 chân chung nối lần lượt với cổng P2_0; P2_1;
P2_2; P2_3.

17

c. Ngun lý và các bước thực hiện tính tốn đo

- Phương pháp đo là đếm số xung trong một khoảng thời gian đo (tđ), số xung đếm được
trong thời gian đo tđ là Nx.

Thời gian Số xung Số vòng

tđ Nx Nx/100

1 phút n vòng

Số vòng quay của encoder được xác định theo công thức :

n=(100∗tđ ) Nx ( pv )

Vd: Thời gian lấy mẫu tđ=0.1 s → n= Nx 100

60 ∗t đ

d. xây dựng thuật tốn đo và cảnh báo

* Chương trình chính:

BEGIN

Khởi tạo(Ngắt INT0; ngắt T0-1ms; sx = 0; dem = 0; v=0)

Hiển thị S
LED sáng
v>1400v/p
Đ

LED sáng

18

* Thuật tốn chương trình ngắt: END

Ngắt INT0 Ngắt T0

sx++ dem++

RETI S
Dem=100

Đ
V=6*sx; sx=0;

dem=0

Reset ngắt T0

RETI

19

Đề 6

Câu 1: cấu trúc 8051 gồm những thành phần chính gì? Thành phần nào lưu trữ
chương trình của VXL?
Cấu trúc 8051 gồm:

- OSC: bộ phát xung nhịp đồng bộ cho hệ thống
- CPU: bộ xử lý trung tâm
- RAM: bộ nhớ dữ liệu 128 byte
- ROM: bộ nhớ chương trình 4K
- Interrupt control: khối đk ngắt
- Bus control: khối đk các bus địa chỉ
- I/O port: cổng vào/ra
- Timer/Counter: bộ đếm tgian/ bộ đếm xung
- Serial port: truyền thông nối tiếp

Thành phần lưu trữ chương trình:
bộ nhớ trong (RAM) và bộ nhớ ngồi (ROM). Bộ nhớ trong được sử dụng để lưu trữ các
chương trình và dữ liệu tạm thời trong khi bộ nhớ ngồi được sử dụng để lưu trữ các
chương trình và dữ liệu vĩnh viễn
Câu 2: hệ thống đo tốc độ động cơ (giải đo 0-1500 v/p) sd Encoder 360 xung/vòng và
cảnh báo tốc độ mức cao 1000 v/p.

a, sơ đồ khối cơ bản? Cần sd ngoại vi gì?
Sơ đồ khối hệ thống:

20