Thiết kế bộ xử lý cân điện tử dùng vi điều khiển 8051 hiển thị dữ liệu ra màn LCD,có giao tiếp với máy tính qua cổng RS232.

Trang 1
Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đồ án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, và
cha đợc công bố trên bất kỳ phơng tiện nào. Những vấn đề đợc trình bày
trong đồ án này không sao chép lại từ bất kỳ tài liệu nào, các tài liệu tôi đa
ra ở phần cuối chỉ mang tính chất tham khảo.
Trang 2
MụC LụC
Lời cam đoan 1
MụC LụC 2
Danh mục bảng 12
A:Phần mở đầu 17
1. Đặt vấn đề 17
2. Giới thiệu đề tài 18
3. Mục đích nghiên cứa của đề tài: 18
B: Nội dung 19
Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử 19
1.1. Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng 19
Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell 19
1.2. Sơ lợc các phơng pháp và cảm biến đợc dùng trong việc
đo khối lợng 21
1.2.1 Nguyên lý đo khối lợng 21
1.2.2. Các phơng pháp đo khối lợng 21
Bảng1.1.Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện Dới tác dụng của lực cơ học, tấm
áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện
thế xuất hiện giữa hai bản cực tỉ lệ với lực tác dụng 24
Hình1.2 Các dạng biến dạng cơ bản 24
Hình1.3 Cách ghép các phần tử áp điện 25
1.3. Giới thiệu chung về loadcell 27
1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 27

Hình 1.5a. LoadCell khi không có Hình 1.5b.LoadCell khi có 27
Hình 1.5c . Sơ đồ điện cho cảm biến Load Cell 27
Hình 1.8. Sơ đồ tính tổng trở 29
Hình 1.9. Đầu dây ra của Loadcell 31
Bảng 1.2 Các mầu thông dụng đầu ra của Loadcell 31
Hình 1.10. hình dạng của một số loại Loadcell có trong thực tế 33
1.4. Ví dụ về hệ thống ứng dụng cân điện tử: Hệ thống cân xe33
1.4.1. Sơ đồ khối hệ thống 33
Hình1.11. Sơ đồ khối của một hệ thống cân xe 34
Trang 3
1.4.2. Cầu cân. 34
Hình1.12. Bàn cân trạm cân xe 34
1.4.3. Cách bố trí Loadcell và trạm nối dây 34
Hình 1.13. Cách bố trí Loadcell 36
Hình 1.14. Một số loại Loadcell có tải trọng lớn 37
1.4.4. Thiết bị chỉ thị khối lợng. 37
Hình 1.15. Một số thiết bị chỉ thị khối lợng trong thực tế 37
1.4.5. Quản lý trạm cân dùng máy tính 38
Chơng II:Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch
khuếch đại 38
2.1 Khảo sất vi điều khiển 8051 38
2.1.1. Cấu trúc của 8051 39
Hình 2.1.Sơ đồ chân của 8051/8052 39
Hình 2.2 Mắc điện trở kéo cổng P0 41
Bảng 2.1 Các chức năng khác của cổng P3 41
Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát của 8051/8052 43
2.1.2 Các chế độ định địa chỉ của 8051 và tập lệch của 8051 44
2.1.3 . Các thanh ghi 44
2.1.4. Bộ Timer/ Counter và Các ngắt của 8051 45
a.Bộ Timer/ Counter ( bộ định thời/ bộ đếm ) 45

Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer 46
47
Hình 2.4 Cấu tạo bộ định thời/ đếm 47
Hình 2.5: Các bít của thanh ghi TCON 47
Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON 48
Hình 2.6 Các bit của thanh ghi TMOD 49
Bảng 2.4 Các bit của thanh ghi TMOD 49
Bảng 2.5 Các chế độ của TMOD 50
b.Các ngắt của 8051 50
Hình 2.7: Thực hiện chơng trình không ngắt(a) và có ngắt chơng trình(b) 50
Hình 2.8. Thanh ghi IE 51
Hình 2.9. Thanh ghi IP 52
Trang 4
2.2. Khảo sát bộ chuyển đổi ADC 55
2.2.1 Các phơng pháp chuyển đổi 56
2.2.2 Giới thiệu ADC 0809 56
Hình2.10 Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp 57
Hình 2.11 Sơ đồ chân của ADC0809 58
Bảng2.5 Bảng trạng thái của ADC0809 59
Hình 2.12 Biểu đồ thời gian của ADC 0809 61
2.3. Khảo sát LCD 61
Hình 2.13 Sơ đồ chân của LCD: 61
Bảng2.6 Bảng mô tả chân của LCD: 62
Hình 2.14 Ghép nối LCD 63
2.4 Khảo sát mạch khuếch đại 63
2.4.1 Bộ khuếch đại không đảo : 64
64
Hình 2.15 Bộ khuếch đại không đảo : 64
2.4.2 Bộ khuếch đảo : 64
Hình 2.16 Bộ khuếch đảo 64

Chơng III: vi điều khiển Giao tiếp với máy tính 65
3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển 65
3.1.1. Cơ sở của truyền thông nối tiếp 65
3.1.2. Tốc độ truyền dữ liệu 66
Bảng 3.1 Các giá trị của thanh ghi TH1 trong Timer1 cho các tốc độ baud khác nhau. 67
3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp.67
3.2.1 Chuẩn RS232 67
Hình 3.1 Đầu nối DB - 25 của RS232 68
Hình3.2 Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232 68
Bảng 3 2 Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC 68
3.2.2 Bộ điều khiển đờng truyền MAX232 69
Hình3.3 a) Sơ đồ bên trong của MAX232 70
b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không 70
3.2.3. Các cổng COM của IBM PC và tơng thích 70
3.3 Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp 70
Trang 5
3.3.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF) 70
3.3.2. Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON 71
Bảng 3.3 Các chế độ đóng khung dữ liệu 71
3.4 Lập trình 8051 truyền thông nối tiếp 72
3.4.1. Lập trình 8051 để truyền dữ liệu nối tiếp 72
3.4.2. Lập trình 8051 để nhận dữ liệu nối tiếp 74
3.5. Ngôn ngữ lập trình Visual basic 6.0 75
3.5.1. Giới thiệu 75
3.5.2. Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0 76
Hình3.4: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở visual basic 6.0 77
Hình3.5 Thành phần Mscomm trong hợp công cụ (toolbox) 77
Bảng 3.4 : Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm 78
Dim instring as string 79
Mscomm1.comport =1 79

Mscomm1.setting = 9600 ,N,8,1 79
Mscomm1.portopen = true 79
Mscomm1.portopen = false 79
End sub 79
Setting Prorety : 79
Bảng 3.5 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ 80
Thông số tốc độ baud 80
Bảng 3.6 Bảng mô tả các giá trị chẳn lẽ hợp lệ: 80
End Sub 83
Chơng IV: Thiết kế và thi công 85
4.1 Nhiệm vụ 85
4.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 86
Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 87
4.3 Tính chọn các thiết bị 87
4.3.1 Khối Loadcell 87
Hình 4.2 Hình dạng và kích thớc của Loadcell VLC-A123 88
Trang 6
4.3.2 Khối khuếch đại 89
Hình 4.3: Sơ đồ mạch KĐ 90
4.3.3 Bộ ADC 90
4.3.4 Khối vi điều khiển 90
4.3.5 Khối hiển thị 91
Hình 4.4 Hình dạng của LCD 91
Hình 4.5 Sơ đồ ghép nối LCD và 8051 92
4.3.6 Khối nguồn 92
Hình 4.6 Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống 93
4.3.7 Nút nhấn 94
Hình 4.7 Nút nhấn 95
4.3.8 Khối giao tiếp máy tính 95
Hình 4.8 Sơ đồ khối giao tiếp máy tính 95

4.3.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng trên máy tính 96
Hình 4.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng 96
4.4. Sơ đồ nguyên lý và giải thuật chơng trình 97
4.4.1. Sơ đồ nguyên lý 97
4.4.2.Chơng trình 97
Hình 4.11 Giải thuật chơng trình viết cho vi điều khiển 98
Hình 4.12 Giải thuật trình ngắt 232 99
Hình 4.13 Giải thuật cho timer nhận(a) và hiển thị (b) 100
Hình 4.14 Giải thuật FORM 101
C- kết luận 110
Sau bảy tuần thực hiện đồ án này với sự hớng dẫn tận tình
của thầy Phạm Xuân Bách cùng các thầy cô trong Khoa Điện -
Điện tử, cộng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ
của các bạn, em đã hoàn thành đồ án này đúng thời gian quy
định theo yêu cầu của đề tài là: Thiết kế cân điện tử dùng vi
điều khiển 8051 hiển thị ra màn hình LCD và giao tiếp với máy
tính qua cổng RS232 111
Trang 7
Tài liệu tham khảo 112
Lời cam đoan 1
MụC LụC 2
Danh mục bảng 12
A:Phần mở đầu 17
1. Đặt vấn đề 17
2. Giới thiệu đề tài 18
3. Mục đích nghiên cứa của đề tài: 18
B: Nội dung 19
Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử 19
1.1. Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng 19
Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell 19

1.2. Sơ lợc các phơng pháp và cảm biến đợc dùng trong việc
đo khối lợng 21
1.2.1 Nguyên lý đo khối lợng 21
1.2.2. Các phơng pháp đo khối lợng 21
Bảng1.1.Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện Dới tác dụng của lực cơ học, tấm
áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện
thế xuất hiện giữa hai bản cực tỉ lệ với lực tác dụng 24
Hình1.2 Các dạng biến dạng cơ bản 24
Hình1.3 Cách ghép các phần tử áp điện 25
1.3. Giới thiệu chung về loadcell 27
1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 27
Hình 1.5a. LoadCell khi không có Hình 1.5b.LoadCell khi có 27
Hình 1.5c . Sơ đồ điện cho cảm biến Load Cell 27
Hình 1.8. Sơ đồ tính tổng trở 29
Hình 1.9. Đầu dây ra của Loadcell 31
Bảng 1.2 Các mầu thông dụng đầu ra của Loadcell 31
Hình 1.10. hình dạng của một số loại Loadcell có trong thực tế 33
1.4. Ví dụ về hệ thống ứng dụng cân điện tử: Hệ thống cân xe33
1.4.1. Sơ đồ khối hệ thống 33
Hình1.11. Sơ đồ khối của một hệ thống cân xe 34
1.4.2. Cầu cân. 34
Trang 8
Hình1.12. Bàn cân trạm cân xe 34
1.4.3. Cách bố trí Loadcell và trạm nối dây 34
Hình 1.13. Cách bố trí Loadcell 36
Hình 1.14. Một số loại Loadcell có tải trọng lớn 37
1.4.4. Thiết bị chỉ thị khối lợng. 37
Hình 1.15. Một số thiết bị chỉ thị khối lợng trong thực tế 37
1.4.5. Quản lý trạm cân dùng máy tính 38
Chơng II:Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch

khuếch đại 38
2.1 Khảo sất vi điều khiển 8051 38
2.1.1. Cấu trúc của 8051 39
Hình 2.1.Sơ đồ chân của 8051/8052 39
Hình 2.2 Mắc điện trở kéo cổng P0 41
Bảng 2.1 Các chức năng khác của cổng P3 41
Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát của 8051/8052 43
2.1.2 Các chế độ định địa chỉ của 8051 và tập lệch của 8051 44
2.1.3 . Các thanh ghi 44
2.1.4. Bộ Timer/ Counter và Các ngắt của 8051 45
a.Bộ Timer/ Counter ( bộ định thời/ bộ đếm ) 45
Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer 46
47
Hình 2.4 Cấu tạo bộ định thời/ đếm 47
Hình 2.5: Các bít của thanh ghi TCON 47
Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON 48
Hình 2.6 Các bit của thanh ghi TMOD 49
Bảng 2.4 Các bit của thanh ghi TMOD 49
Bảng 2.5 Các chế độ của TMOD 50
b.Các ngắt của 8051 50
Hình 2.7: Thực hiện chơng trình không ngắt(a) và có ngắt chơng trình(b) 50
Hình 2.8. Thanh ghi IE 51
Hình 2.9. Thanh ghi IP 52
Trang 9
2.2. Khảo sát bộ chuyển đổi ADC 55
2.2.1 Các phơng pháp chuyển đổi 56
2.2.2 Giới thiệu ADC 0809 56
Hình2.10 Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp 57
Hình 2.11 Sơ đồ chân của ADC0809 58
Bảng2.5 Bảng trạng thái của ADC0809 59

Hình 2.12 Biểu đồ thời gian của ADC 0809 61
2.3. Khảo sát LCD 61
Hình 2.13 Sơ đồ chân của LCD: 61
Bảng2.6 Bảng mô tả chân của LCD: 62
Hình 2.14 Ghép nối LCD 63
2.4 Khảo sát mạch khuếch đại 63
2.4.1 Bộ khuếch đại không đảo : 64
64
Hình 2.15 Bộ khuếch đại không đảo : 64
2.4.2 Bộ khuếch đảo : 64
Hình 2.16 Bộ khuếch đảo 64
Chơng III: vi điều khiển Giao tiếp với máy tính 65
3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển 65
3.1.1. Cơ sở của truyền thông nối tiếp 65
3.1.2. Tốc độ truyền dữ liệu 66
Bảng 3.1 Các giá trị của thanh ghi TH1 trong Timer1 cho các tốc độ baud khác nhau. 67
3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp.67
3.2.1 Chuẩn RS232 67
Hình 3.1 Đầu nối DB - 25 của RS232 68
Hình3.2 Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232 68
Bảng 3 2 Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC 68
3.2.2 Bộ điều khiển đờng truyền MAX232 69
Hình3.3 a) Sơ đồ bên trong của MAX232 70
b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không 70
3.2.3. Các cổng COM của IBM PC và tơng thích 70
3.3 Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp 70
Trang 10
3.3.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF) 70
3.3.2. Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON 71
Bảng 3.3 Các chế độ đóng khung dữ liệu 71

3.4 Lập trình 8051 truyền thông nối tiếp 72
3.4.1. Lập trình 8051 để truyền dữ liệu nối tiếp 72
3.4.2. Lập trình 8051 để nhận dữ liệu nối tiếp 74
3.5. Ngôn ngữ lập trình Visual basic 6.0 75
3.5.1. Giới thiệu 75
3.5.2. Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0 76
Hình3.4: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở visual basic 6.0 77
Hình3.5 Thành phần Mscomm trong hợp công cụ (toolbox) 77
Bảng 3.4 : Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm 78
Dim instring as string 79
Mscomm1.comport =1 79
Mscomm1.setting = 9600 ,N,8,1 79
Mscomm1.portopen = true 79
Mscomm1.portopen = false 79
End sub 79
Setting Prorety : 79
Bảng 3.5 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ 80
Thông số tốc độ baud 80
Bảng 3.6 Bảng mô tả các giá trị chẳn lẽ hợp lệ: 80
End Sub 83
Chơng IV: Thiết kế và thi công 85
4.1 Nhiệm vụ 85
4.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 86
Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 87
4.3 Tính chọn các thiết bị 87
4.3.1 Khối Loadcell 87
Hình 4.2 Hình dạng và kích thớc của Loadcell VLC-A123 88
Trang 11
4.3.2 Khối khuếch đại 89
Hình 4.3: Sơ đồ mạch KĐ 90

4.3.3 Bộ ADC 90
4.3.4 Khối vi điều khiển 90
4.3.5 Khối hiển thị 91
Hình 4.4 Hình dạng của LCD 91
Hình 4.5 Sơ đồ ghép nối LCD và 8051 92
4.3.6 Khối nguồn 92
Hình 4.6 Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống 93
4.3.7 Nút nhấn 94
Hình 4.7 Nút nhấn 95
4.3.8 Khối giao tiếp máy tính 95
Hình 4.8 Sơ đồ khối giao tiếp máy tính 95
4.3.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng trên máy tính 96
Hình 4.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng 96
4.4. Sơ đồ nguyên lý và giải thuật chơng trình 97
4.4.1. Sơ đồ nguyên lý 97
4.4.2.Chơng trình 97
Hình 4.11 Giải thuật chơng trình viết cho vi điều khiển 98
Hình 4.12 Giải thuật trình ngắt 232 99
Hình 4.13 Giải thuật cho timer nhận(a) và hiển thị (b) 100
Hình 4.14 Giải thuật FORM 101
C- kết luận 110
Sau bảy tuần thực hiện đồ án này với sự hớng dẫn tận tình
của thầy Phạm Xuân Bách cùng các thầy cô trong Khoa Điện -
Điện tử, cộng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ
của các bạn, em đã hoàn thành đồ án này đúng thời gian quy
định theo yêu cầu của đề tài là: Thiết kế cân điện tử dùng vi
điều khiển 8051 hiển thị ra màn hình LCD và giao tiếp với máy
tính qua cổng RS232 111
Trang 12
Tài liệu tham khảo 112

Danh mục bảng
Lời cam đoan 1
MụC LụC 2
Danh mục bảng 12
A:Phần mở đầu 17
1. Đặt vấn đề 17
2. Giới thiệu đề tài 18
3. Mục đích nghiên cứa của đề tài: 18
B: Nội dung 19
Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử 19
1.1. Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng 19
Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell 19
1.2. Sơ lợc các phơng pháp và cảm biến đợc dùng trong việc
đo khối lợng 21
1.2.1 Nguyên lý đo khối lợng 21
1.2.2. Các phơng pháp đo khối lợng 21
Bảng1.1.Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện Dới tác dụng của lực cơ học, tấm
áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện
thế xuất hiện giữa hai bản cực tỉ lệ với lực tác dụng 24
Hình1.2 Các dạng biến dạng cơ bản 24
Hình1.3 Cách ghép các phần tử áp điện 25
1.3. Giới thiệu chung về loadcell 27
1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 27
Hình 1.5a. LoadCell khi không có Hình 1.5b.LoadCell khi có 27
Hình 1.5c . Sơ đồ điện cho cảm biến Load Cell 27
Hình 1.8. Sơ đồ tính tổng trở 29
Hình 1.9. Đầu dây ra của Loadcell 31
Bảng 1.2 Các mầu thông dụng đầu ra của Loadcell 31
Trang 13
Hình 1.10. hình dạng của một số loại Loadcell có trong thực tế 33

1.4. Ví dụ về hệ thống ứng dụng cân điện tử: Hệ thống cân xe33
1.4.1. Sơ đồ khối hệ thống 33
Hình1.11. Sơ đồ khối của một hệ thống cân xe 34
1.4.2. Cầu cân. 34
Hình1.12. Bàn cân trạm cân xe 34
1.4.3. Cách bố trí Loadcell và trạm nối dây 34
Hình 1.13. Cách bố trí Loadcell 36
Hình 1.14. Một số loại Loadcell có tải trọng lớn 37
1.4.4. Thiết bị chỉ thị khối lợng. 37
Hình 1.15. Một số thiết bị chỉ thị khối lợng trong thực tế 37
1.4.5. Quản lý trạm cân dùng máy tính 38
Chơng II:Khảo sát vi điều khiển 8051, ADC 0809 ,LCD và các mạch
khuếch đại 38
2.1 Khảo sất vi điều khiển 8051 38
2.1.1. Cấu trúc của 8051 39
Hình 2.1.Sơ đồ chân của 8051/8052 39
Hình 2.2 Mắc điện trở kéo cổng P0 41
Bảng 2.1 Các chức năng khác của cổng P3 41
Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát của 8051/8052 43
2.1.2 Các chế độ định địa chỉ của 8051 và tập lệch của 8051 44
2.1.3 . Các thanh ghi 44
2.1.4. Bộ Timer/ Counter và Các ngắt của 8051 45
a.Bộ Timer/ Counter ( bộ định thời/ bộ đếm ) 45
Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer 46
47
Hình 2.4 Cấu tạo bộ định thời/ đếm 47
Hình 2.5: Các bít của thanh ghi TCON 47
Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON 48
Hình 2.6 Các bit của thanh ghi TMOD 49
Bảng 2.4 Các bit của thanh ghi TMOD 49

Bảng 2.5 Các chế độ của TMOD 50
Trang 14
b.Các ngắt của 8051 50
Hình 2.7: Thực hiện chơng trình không ngắt(a) và có ngắt chơng trình(b) 50
Hình 2.8. Thanh ghi IE 51
Hình 2.9. Thanh ghi IP 52
2.2. Khảo sát bộ chuyển đổi ADC 55
2.2.1 Các phơng pháp chuyển đổi 56
2.2.2 Giới thiệu ADC 0809 56
Hình2.10 Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp 57
Hình 2.11 Sơ đồ chân của ADC0809 58
Bảng2.5 Bảng trạng thái của ADC0809 59
Hình 2.12 Biểu đồ thời gian của ADC 0809 61
2.3. Khảo sát LCD 61
Hình 2.13 Sơ đồ chân của LCD: 61
Bảng2.6 Bảng mô tả chân của LCD: 62
Hình 2.14 Ghép nối LCD 63
2.4 Khảo sát mạch khuếch đại 63
2.4.1 Bộ khuếch đại không đảo : 64
64
Hình 2.15 Bộ khuếch đại không đảo : 64
2.4.2 Bộ khuếch đảo : 64
Hình 2.16 Bộ khuếch đảo 64
Chơng III: vi điều khiển Giao tiếp với máy tính 65
3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển 65
3.1.1. Cơ sở của truyền thông nối tiếp 65
3.1.2. Tốc độ truyền dữ liệu 66
Bảng 3.1 Các giá trị của thanh ghi TH1 trong Timer1 cho các tốc độ baud khác nhau. 67
3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp.67
3.2.1 Chuẩn RS232 67

Hình 3.1 Đầu nối DB - 25 của RS232 68
Hình3.2 Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232 68
Bảng 3 2 Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC 68
3.2.2 Bộ điều khiển đờng truyền MAX232 69
Trang 15
Hình3.3 a) Sơ đồ bên trong của MAX232 70
b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không 70
3.2.3. Các cổng COM của IBM PC và tơng thích 70
3.3 Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp 70
3.3.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF) 70
3.3.2. Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON 71
Bảng 3.3 Các chế độ đóng khung dữ liệu 71
3.4 Lập trình 8051 truyền thông nối tiếp 72
3.4.1. Lập trình 8051 để truyền dữ liệu nối tiếp 72
3.4.2. Lập trình 8051 để nhận dữ liệu nối tiếp 74
3.5. Ngôn ngữ lập trình Visual basic 6.0 75
3.5.1. Giới thiệu 75
3.5.2. Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0 76
Hình3.4: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở visual basic 6.0 77
Hình3.5 Thành phần Mscomm trong hợp công cụ (toolbox) 77
Bảng 3.4 : Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm 78
Dim instring as string 79
Mscomm1.comport =1 79
Mscomm1.setting = 9600 ,N,8,1 79
Mscomm1.portopen = true 79
Mscomm1.portopen = false 79
End sub 79
Setting Prorety : 79
Bảng 3.5 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ 80
Thông số tốc độ baud 80

Bảng 3.6 Bảng mô tả các giá trị chẳn lẽ hợp lệ: 80
End Sub 83
Chơng IV: Thiết kế và thi công 85
4.1 Nhiệm vụ 85
4.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 86
Trang 16
Hình 4.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 87
4.3 Tính chọn các thiết bị 87
4.3.1 Khối Loadcell 87
Hình 4.2 Hình dạng và kích thớc của Loadcell VLC-A123 88
4.3.2 Khối khuếch đại 89
Hình 4.3: Sơ đồ mạch KĐ 90
4.3.3 Bộ ADC 90
4.3.4 Khối vi điều khiển 90
4.3.5 Khối hiển thị 91
Hình 4.4 Hình dạng của LCD 91
Hình 4.5 Sơ đồ ghép nối LCD và 8051 92
4.3.6 Khối nguồn 92
Hình 4.6 Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống 93
4.3.7 Nút nhấn 94
Hình 4.7 Nút nhấn 95
4.3.8 Khối giao tiếp máy tính 95
Hình 4.8 Sơ đồ khối giao tiếp máy tính 95
4.3.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng trên máy tính 96
Hình 4.9 Màn hình giao diện hiển thị khối lợng 96
4.4. Sơ đồ nguyên lý và giải thuật chơng trình 97
4.4.1. Sơ đồ nguyên lý 97
4.4.2.Chơng trình 97
Hình 4.11 Giải thuật chơng trình viết cho vi điều khiển 98
Hình 4.12 Giải thuật trình ngắt 232 99

Hình 4.13 Giải thuật cho timer nhận(a) và hiển thị (b) 100
Hình 4.14 Giải thuật FORM 101
C- kết luận 110
Sau bảy tuần thực hiện đồ án này với sự hớng dẫn tận tình
của thầy Phạm Xuân Bách cùng các thầy cô trong Khoa Điện -
Điện tử, cộng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ
của các bạn, em đã hoàn thành đồ án này đúng thời gian quy
Trang 17
định theo yêu cầu của đề tài là: Thiết kế cân điện tử dùng vi
điều khiển 8051 hiển thị ra màn hình LCD và giao tiếp với máy
tính qua cổng RS232 111
Tài liệu tham khảo 112
A:Phần mở đầu
1. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều
khiển dần dần đợc tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến của vi xử lí, vi mạch số đợc
ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử
lí chậm chạp ít chính xác đợc thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh
chơng trình đã đợc thiết lập trớc.
Cân xe cũng nh việc cân những khối lợng lớn là một nhu cầu cần thiết cho các nhà
máy sản xuất muốn biết khối lợng hàng hoá, sản phẩm hay nguyên vật liệu, và cả cho
những lĩnh vực khác nh bến cảng, trạm cân xe phát hiện quá tải của cảnh sát giao thông
Tuy đã đợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nhng hầu hết các hệ thống cân xe đều lắp ráp từ
các thiết bị có sẵn từ nớc ngoài nh loadcell, bộ hiển thị (đầu cân) Phần đợc chế tạo ở đây
có thể là nền cầu cân, hộp nối loadcell ( Junction Box) và viết chơng trình quản lý trạm
cân
Vì các lí do trên và trên cơ sở lý thuyết đã học của môn đo lờng và vi điều khiển,
đồng thời đợc sự giúp đỡ của khoa Điện-Điện Tử Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật khi
nhận đề tài làm đồ án tốt nghiệp em đã tiến hành thực hiện đề tài: Thiết kế bộ xử lý cân
điện tử dùng vi điều khiển 8051 hiển thị dữ liệu ra màn LCD,có giao tiếp với máy

tính qua cổng RS232 . Cụ thể em sẽ thiết kế một cân điện tử có thể cân đợc tối đa
25000 Kg
Trang 18
2. Giới thiệu đề tài
- Tóm tắt nội dung đề tài:
-Nghiên cứu về hệ thống cân điện tử.
-Nghiên cứu cấu trúc và tập lệch của 8051.
-ứng dụng vi điều khiển trong hệ thống cân điện tử có giao tiếp với máy tính.
- Kết quả dự kiến:
-Xây dựng đợc sơ đồ nguyên lý chi tiết.
-Xây dựng đợc la đồ thuật toán và viết chơng trình phần mềm.
-Mô phỏng đợc chơng trình trên máy tính.
3. Mục đích nghiên cứa của đề tài:
- Mục đích trớc hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chơng trình môn học để
đủ điều kiện ra trờng .
- Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là em muốn phát huy những thành quả ứng
dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt
hiệu quả sản xuất cao hơn.
- Mặt khác đồ án này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa
sau, giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển .
- Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để em tự kiểm tra lại
những kiến thức đã đợc học ở trờng, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết
một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Và đây cũng là dịp để em tự khẳng định mình trớc khi ra
trờng để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội.
Trang 19
B: Nội dung.
Chơng I : Tổng quan về hệ thống cân điện tử .
1.1. Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng .
Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell nh sau :
Hình 1.1 Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử dùng loadcell

Tùy theo yêu cầu và mục đích ứng dụng, khối xử lý đợc dùng là vi xử lý hay
máy tính Nếu bộ xử lý sử dụng vi xử lý thì có thể có thêm khối truyền dữ liệu về
máy tính, có thể có khối in ấn hoặc không tùy mục đích sử dụng.
Dới tác dụng của khối lợng đặt bên trên, loadcell sẽ chuyển thành tín hiệu điện
ở ngõ ra. Tín hiệu điện rất nhỏ này đợc khuếch đại lên nhiều lần trớc khi đa vào bộ
chuyển đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số và đợc đa về bộ xử lý để xử lý theo ch-
Loadcell
Khuếch đại
Nguồn cung
cấp
A/D
Xử lý
Bộ nhớ
Nút nhấn
ự
Hiển thị
In ấn
Trang 20
ơng trình có sẵn và hiển thị hoặc có thêm việc in ấn. Bộ xử lý cần thiết phải có thêm bộ
nhớ để lu trữ số liệu, ví dụ trong việc chỉnh 0 và trừ bì của cân
Do tính linh hoạt của bộ xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chơng trình viết cho
bộ xử lý khác nhau. Do đó, hệ thống cân này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực có
liên quan đến việc đo khối lợng . Ngoài ứng dụng trong việc cân xe, có thể kể ra các ví
dụ khác mà dùng hệ thống cân điện tử sử dụng loadcell nh sau:
- Trong hệ thống bán hàng có sử dụng cân điện tử loại này, việc tính tiền có thể đ-
ợc tự động hoàn toàn. Hàng ở đây là những loại có thể cân đợc, có thể là rau quả, thủy sản
Ng ời sử dụng nhập vào bàn phím giá cả của một đơn vị cân và giá cả này có thể hiển
thị ra màn hình hoặc Led 7 đoạn. Khi ngời dùng nhấn nút tính tiền trên bàn phím, bộ xử lý
sẽ nhân giá trị cân đợc với giá của một đơn vị cân này và hiển thị ra giá cả đã đợc tính
toán cho số hàng ấy. Sau khi để giá này hiển thị một khoảng thời gian vừa đủ cho ngời

dùng đọc nó, hệ thống cân có thể sẽ hiển thị lại giá trị cân đợc. Giá tiền này có thể đợc lu
lại và nếu đợc nối đến máy tính của quầy thu tiền, khách hàng có thể nhận đợc bảng báo
cáo bao gồm trọng lợng cân đợc, giá cả của một đơn vị cân và tổng số tiền phải trả cho số
hàng đó
- Cân cũng là một trong những biện pháp để phát hiện ra sản phẩm trong hệ
thống đếm tự động. Khi phát hiện có khối lợng quy định thì mới đếm. Điều này sẽ tránh
đợc việc đếm sai nếu cùng một lúc có hai sản phẩm hoặc vật thể khác không phải là sản
phẩm che cảm biến quang .
- Một ứng dụng khác của hệ thống cân này có thể kể ra là dùng trong bu điện. Sau
khi cân kiện hàng và xác định nơi cần gửi. Ngõ ra của hệ thống cân này thờng đợc nối đến
hệ thống in bu phí lên nhãn dán vào kiện hàng gửi đi.
-Ngoài ra ứng dụng phổ biến của cân điện tử đã đợc sử dụng nhiều trong các nhà
máy ở nớc ta là ứng dụng trong việc đóng gói sản phẩm. Ngời dùng có thể nhập vào
khối lợng cho một gói hàng hay bao gạo khi đạt đến giá trị quy định này, ngõ ra của
bộ xử lý có thể đợc dùng để điều khiển việc rót hàng hay dây chuyền để đóng gói sản
phẩm, có thể là bằng cách kích các relay để làm đóng, mở các valve selenoid dùng khí
nén
Trang 21
Điều quan trọng trong các ứng dụng này là chơng trình điều khiển viết cho bộ
xử lý và cách giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. Phần này thì khác nhau đối với các
ứng dụng cụ thể khác nhau.
Nội dung của luận văn này đề cập đến hệ thống cân xe đã đợc sử dụng phổ biến
ở nớc ta.
1.2. Sơ lợc các phơng pháp và cảm biến đợc dùng trong việc đo khối lợng.
1.2.1 Nguyên lý đo khối lợng.
Trong vật lý cơ học, mối quan hệ giữa lực và khối lợng đợc xác định bằng định
luật II Newton, mà theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lợng m sẽ bằng tích số
khối lợng và gia tốc của nó, tức là:
F = ma (1.1)
Trong đó:- F: Lực tác dụng (N).

- m: Khối lợng của vật(Kg)
-a: Gia tốc của vật (m/s
2

)
Trọng lực là một trờng hợp của công thức này. Dới tác dụng của sức hút trái đất,
vật có khối lợng sẽ chịu tác dụng của trọng lực P = m.g với g là gia tốc trọng trờng là
một số cố định ở từng khu vực. Các phơng pháp đo khối lợng là dựa vào quan hệ này.
Công thức (1) không có nghĩa là không có lực trên vật thể nếu không có gia tốc mà
nó chỉ có nghĩa là không có lực cân bằng thực. Hai lực cân bằng và đối nhau tác động
lên một vật thể sẽ cân bằng, không tạo nên gia tốc.
1.2.2. Các phơng pháp đo khối lợng.
a. Cảm biến điện trở lực căng.
Sức căng đợc xác định bằng sự thay đổi chiều dài L của thanh đàn hồi L so với
một đơn vị chiều dài :
= L / L. (1.2)
Trang 22
Do tác động của lực vào thanh L, làm xuất hiện sức căng, tơng ứng cũng làm thay
đổi giá trị điện trở điện của thanh. Cảm biến sức căng hoạt động dựa trên nguyên tắc này,
cho phép biến đổi giá trị nhỏ thành sự thay đổi tơng ứng giá trị điện trở điện của thanh.
Có hai loại cảm biến sức căng :
- Loại gắn trực tiếp trên cần đàn hồi của bộ đo lực, ở vị trí cần đo sức căng. Khi lực
tác động làm căng hoặc cong cần đàn hồi , cũng trực tiếp làm căng cảm biến.
- Loại gián tiếp đợc liên kết cơ học với yếu tố đàn hồi, thờng sử dụng để đo những
độ lệch tổng cộng của yếu tố đàn hồi.
Thừa số cảm biến sức căng G đợc quy định là tỷ số của sự biến đổi đơn vị của điện
trở so với sức căng :
G = (R / R) / (L / L) (1.3)
trong đó : R = sự thay đổi của điện trở ().
R = điện trở của cảm biến sức căng ().

L = sự thay đổi chiều dài (m)
L = Chiều dài của cảm biến (m)
Khi tác dụng một lực f lên tiết diện cắt ngang A, ứng suất S = f/A (N/m
2
). ở thanh
đàn hồi, tỷ số của ứng suất S trên sức căng là hằng số và đợc gọi là modun đàn hồi:
E = S / = constant. (1.4)
Đối với thanh đàn hồi có chiều dày là h và chiều rộng là b, có cảm biến sức căng
gắn trực tiếp trên bề mặt ở vị trí cách điểm lực tác động là L, ứng suất đ ợc xác định theo
biểu thức :
S = 6f.L / b.h
2
. (1.5)
Từ các biểu thức trên, suy ra :
R/R = (6G.L / b.h
2
E).f (1.6)
Từ biểu thức rõ ràng có mối quan hệ tuyến tính giữa lực tác động và sự thay đổi giá
trị điện trở đơn vị của cảm biến. Bằng phép đo R ta có thể xác định độ lớn lực tác dụng.
Đó chính là nguyên tắc hoạt động của cảm biến sức căng.
Trang 23
Cảm biến sức căng cho phép sử dụng để đo lực tác động do trọng lợng của vật
trong các bài toán cân.
b. Cảm biến áp điện.
Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điện.
Phần tử cơ bản của một cảm biến áp điện có cấu tạo tơng tự một tụ điện đợc chế tạo
bằng cách phủ hai bản cực lên hai mặt đối diện của một phiến vật liệu áp điện mỏng. Vật
liệu áp điện thờng dùng là thạch anh vì nó có tính ổn định và độ cứng cao. Tuy nhiên hiện
nay vật liệu gốm (ví dụ gốm PZT) do có u điểm độ bền và độ nhạy cao, điện dung lớn, ít
chịu ảnh hởng của điện trờng ký sinh, dễ sản xuất và giá thành chế tạo thấp cũng đợc sử

dụng đáng kể.
Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện đợc trình bày trên bảng 1.1
Bảng1.1.Đặc trng vật lý của một số vật liệu áp điện
Dới tác dụng của lực cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai bản
cực các điện tích trái dấu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai bản cực tỉ lệ với lực tác dụng.
Các biến dạng cơ bản xác định chế độ làm việc của bản áp điện. Trên hình 1.2 biểu
diễn các biến dạng cơ bản của bản áp điện.
Trang 24
Hình1.2 Các dạng biến dạng cơ bản.
a.Theo chiều dọc, b.Theo chiều ngang, c.Cắt theo bề dày, d.Cắt theo bề mặt
Trong nhiều trờng hợp các bản áp điện đợc ghép thành bộ theo cách ghép
nối tiếp hoặc song song.
Hình1.3 Cách ghép các phần tử áp điện
a.Hai phần tử song song, b.Hai phần tử nối tiếp, c.Nhiều phần tử song song.
c. Cảm biến áp từ
Hiệu ứng từ giảo
Dới tác động của từ trờng, một số vật liệu sắt từ thay đổi tính chất hình học hoặc
tính chất cơ học (hệ số Young). Hiện tợng này đợc gọi là hiệu ứng từ giảo. Khi có tác
dụng của lực cơ học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ làm thay đổi đờng cong từ hoá của
chúng, khi đó dựa vào sự thay đổi của độ từ thẩm hoặc từ d có thể xác định đợc độ lớn của
Trang 25
lực tác dụng từ đó có thể xác định đợc khối lợng của vật gây ra lực tác dụng . Đây là hiệu
ứng từ giảo nghịch.
Cảm biến dựa trên hiện tợng từ giảo
- Cảm biến từ thẩm biến thiên
Cấu tạo của cảm biến gồm một cuộn dây có lõi từ hợp với một khung sắt từ tạo
thành một mạch từ kín (hình 1.4). Dới tác dụng của lực F, lõi từ bị biến dạng kéo theo sự
thay đổi độ từ thẩm à, làm cho từ trở mạch từ thay đổi do đó độ tự cảm của cuộn dây cũng
thay đổi. Sự thay đổi tơng đối của L, R hoặc à tỉ lệ với ứng lực , tức là với lực cần đo F:
Hình 1.4 Cảm biến từ thẩm biến thiên

- Cảm biến từ d biến thiên
Phần tử cơ bản của cảm biến từ d biến thiên là một lõi từ làm bằng Ni tinh
khiết cao, có từ d B
r
. Dới tác dụng của lực cần đo, thí dụ lực nén (dù < 0), B
r
tăng
lên: