Thiết kế, chế tạo hệ đo đa kênh 8 bit dùng ADC0809 hiển thị kết quả trên LED 7seg.( Thông số đo là nhiệt độ từ cảm biến LM35 hoặc LM335)

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 2
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC

ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA

ĐI
ỆN
–

ĐI
ỆN TỬ











Đ
Ồ ÁN MÔN HỌC

(
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 4
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
VĐK + KTS
)

Gi
ảng vi
ên hư
ớng dẫn
:
Tr
ần Ngọc Thái


Sinh viên th
ực hiện: Trần Thị Ph
ương Nga






Đào Th
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

ị Th
ùy Ngân

Bùi Th
ị Ngoan


L
ớp: ĐTK38













NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN






Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 6

Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử











Hưng yên, ngày tháng năm 2010
Giáo viên hướng dẫn
Trần Ngọc Thái



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 8
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ỜNG ĐẠI HỌC SƯ
PHẠM KT HƯNG YÊN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


(VĐK+KTS)
Họ và tên sinh viên: 1, Trần Thị Phương Nga
2, Đào Thị Thùy Ngân
3, Bùi Thị Ngoan p:
ĐTK38
Khóa học: 2008-2011
Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ đo đa kênh 8 bit dùng ADC0809 hiển thị kết quả trên LED 7seg.
( Thông số đo là nhiệt độ từ cảm biến LM35 hoặc LM335)
Số liệu cho trước:
- Sử dụng Vi điều khiển tự chọn: AVR, PIC, 89C51
- Kết quả thu thập được so sánh với hai ngưỡng nhiệt độ max, min (lưu trong RAM), cảnh bảo ngưỡng
trên LED khi nhiệt độ ngoài ngưỡng max, min.
- 5V DC,12VDC.
Nội dung cần hoàn thành:
1. Trần Ngọc Thái Ngày hoàn thành: /11/2010

Hưng Yên, ngày 28 tháng 9 năm 2010
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 10
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

Thông qua khoa/ tổ môn


Trần Ngọc Thái

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những thập niên gần đây công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển
mạnh mẽ. Kỹ thuật điện tử đã có những bước phát triển đặc biệt mạnh, đặc biệt là trong
kỹ thuật điều khiển tự động với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điều
khiển.
Hòa cùng nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật thế giới, nhiều lĩnh vực khác cũng phát
triển không ngừng đã làm cho thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có được sự phát
triển chóng mặt trong vài chục năm trở lại đây. Khoa học kỹ thuật trở thành nền tảng vững
chắc thúc đẩy mạnh mẽ nắm vai trò quyết định trong cuộc “ đi tắt đón đầu”. Nổi trội hơn
cả là ngành công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử.
Hiện nay công nghệ nước ta được đánh giá là bắt kịp với công nghệ thế giới. Đất nước
ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ nhưng ngân sách còn hạn hẹp chưa thể đáp ứng những
điều kiện tốt nhất cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên, điều này là những khó
khăn nhưng cũng chính là động lực cho chúng ta có những sáng tạo mới, ý tưởng mới
giúp cho việc học của mình và bạn bè được tốt hơn. Những lần đi thực tập hay làm đồ án
môn học chính là lúc mà chúng ta được phát huy trí sáng tạo của sinh viên. Hãy tự mình
tạo ra môi trường học tập tốt nhất cho bản thân và bạn bè! Chính vì vậy trong lần làm đồ
án môn học này, được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa điện_điện
tử , đặc biệt là thầy Trần Ngọc Thái ,chúng em đã hoàn thành đề tài “ Nghiên cứu, chế tạo
bộ đo đa kênh 8bít sử dụng ADC0809 kết quả hiển thị trên led 7 đoạn (thông số đo lấy từ
cảm biến nhiệt độ LM35)” đúng thời gian.
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái

Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 11
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

Với trình độ và thời gian còn nhiều hạn chế, chúng em đã cố gắng nhưng không tránh khỏi
những thiếu sót, mong quý thầy cô và bạn bè đóng góp ý kiến để đề tài ngày càng hoàn
thiện và đến được với thực tế. Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hưng Yên ngày25 tháng 11 năm 2010
Nhóm thực hiện:
Trần Thị Phương Nga
Đào Thị Thuỳ Ngân
Bùi Thị Ngoan

MỤC LỤC


CHƯƠNG I. DẪN NHẬP
1.Cơ sở thực tiễn của đề tài ………………………………………………5
2.Mục đích yêu cầu của đề tài…………………………………………….5
3.Xây dựng sơ đồ khối tổng quát…………………………………………6
CHƯƠNG II:LÝ THUYẾT THIẾT KẾ
1.Khối cảm biến……………………………………………………………8
2.Khối chuyển đổi tương tự sang số……………………………………….9
2.1 Mạch tạo xung clock cho ADC……………………………………… 17
2.2 Mạch test giá trị đầu ra của ADC………………………………….18
3.Khối vi xử lý …………………………………………………………….18
3.1Giới thiệu bộ vi điều khiển AT89C51……………………………… 18

3.2 Sơ đồ khối họ vi điều khiển AT89C51……………… 20
3.3 Chức năng của các chân AT89C51…………………………………….21
3.4 Tổ chức bộ nhớ…………………………………………………………24
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 12
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

4.Khối nguồn ………………………………………………………………28
5 Hiển Thị trên led 7 đoạn…………………………………………………29
CHƯƠNG III.THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.
1.Mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động ……………………………….32
2.Sơ đồ mạch board……………………………………………………….34
3.Lưu đồ thuật toán……………………………………………………… 36.
4.Viết chương trình ……………………………………………………… 37
Chương IV: TỔNG KẾT
5.1 Kết quả thu được…………………………………………………… 41
5.2 Hướng phát triển của đề tài………………………………………… 41
5.3 Kết luận ……………………………………………………………….42
CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
1.Cơ sở thực tiễn của đề tài:
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngày khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử
mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản
lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin do đó chúng ta phải nắm bắt và vận
dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế
giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Trong đời sống xã hội ,ngày càng phát triển ,xuất phát từ những nhu cầu thực tế

chúng em đã nghiên cứu và hoàn thành mạch đo nhiệt độ .Nó có ứng dụng rất lớn trong
các doanh ngiệp sản xuất với độ chính xác cao.
2.Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu , chế tạo bộ đo đa kênh 8 bít ADC 0809 kết quả hiển thị trên led 7
đoạn.
Mục đích của đề tài:
- Giải quyết được vấn đề đo lường nhiệt độ
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 13
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

- Chuyển đổi kết quả từ tương tự sang số
- Chuyển đổi và hiển thị trên led 7 đoạn
- Và có các ngưỡng cảnh báo khi nhiệt độ quá ngưỡng (khi t<12 và t>40 lần lượt có cảnh
báo).
- Mạch điện phải an toàn ,dễ sử dụng
3.Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ khối:
a.Phương pháp lựa chọn:
Để đo lường nhiệt độ người ta có thể chọn nhiều loại cảm biến nhiệt khác
nhau ,mỗi loại thì đếu có một ưu điểm riêng biết khác nhau và phù hợp với từng nhu cầu
riêng .Ở đây nhu cầu của mình là đo nhiệt độ môi trường nên mình sử dụng LM35 là tối
ưu nhất vì: đây là loại cảm biến có độ chính xác c,có thể đo nhiệt độ trong dải từ -55 độ C
_150 độ C.Tầm hoạt động tuyến tính ,tiêu tán công suất thấp …

Tương tự vậy ta chuyển đổi từ tương tự sang số cũng có nhiều loại IC nói chung giống
nhau như:ADC0808, ADC0809, ADC0804.Nhưng ở đây tôi dùng con ADC 0809 vì nó có

8 đầu vào tương tự nên ta có thể sử dụng như hệ đo đa kênh ,chọn lần lượt từng kênh đầu
vào thỏa mãn yêu cầu của bài toán
Còn vấn đề hiển thị trên led 7 đoạn hay LCD thì với quy mô của đề tài thì ta dung led 7
đoạn là hợp lý,vừa tiết kiệm đươc vấn đề kinh tế b.Sơ đồ khối của mạch nhiệt độ










Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 14
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử






Kh
ố
i ngu

ồ
n


Tín
hi
ệ
u
tương
t
ự

B
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 15
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

ộ

chuy
ể
n
đ
ổ
i

ADC

0809

8
bit

Vi

Đi
ề
u
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 16
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử


khi
ể
n

89C51.

Hi
ể
n th

ị

trên led đơn

Hi
ể
n th
ị


led 7
đo
ạ
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 17
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

n

CHƯƠNG II:LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

1Khối cảm biến (LM35):
* Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35
Các bộ biến đổi (Transducer) chuyển đổi các đại lượng vật lý ví dụ như nhiệt độ,
cường độ ánh sáng, lưu tốc và tốc độ thành các tín hiệu điện phụ thuộc vào bộ biến đổi mà
đầu ra có thể là tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng. Ví dụ, nhiệt độ
được biến đổi thành về các tín hiệu điện sử dụng một bộ biến đổi gọi là Thermistor (bộ
cảm biến nhiệt), một bộ cảm biến nhiệt đáp ứng sự thay đổi nhiệt độ bằng cách thay đổi
trở kháng nhưng đáp ứng của nó không tuyến tính.
Bảng 3.6.2: Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ.
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 18
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

Nhiệt độ (
0
C)
Trở kháng của cảm biến (k)
0 29.490
25 10.000
50 3.893

75 1.700
100 0.817
Bảng 3.6.3: Hướng dẫn chọn loạt các cảm biến nhiệt họ LM35.
Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra
LM35A -55 C to + 150 C + 1.0 C 10 mV/F
LM35 -55 C to + 150 C + 1.5 C 10 mV/F
LM35CA -40 C to + 110 C + 1.0 C 10 mV/F
LM35C -40 C to + 110 C + 1.5 C 10 mV/F
LM35D 0 C to + 100 C + 2.0 C 10 mV/F

*Các bộ cảm biến nhiệt họ LM35.
Loạt các bộ cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà
điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng
không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh. Chúng đưa ra điện áp
10mV cho mỗi sự thay đổi 1
0
C. Bảng 3.6.3 hướng dẫn ta chọn các cảm biến họ LM35.

*LM35
LM35 là một họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên
các chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay đổi của nhiệt độ , đầu ra của cảm biến là điện
áp(V) tỉ lệ với nhiệt độ mà nó được đặt trong môi trường cần đo.
Họ LM35 có rất nhiều loại và nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau.


Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 19
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử







*Đặc điểm nổi bật
Đo nhiệt độ với thang đo nhiệt bách phân (
0
C)
Độ phân giải : 10mV/1
0
C
Khả năng đo nhiệt độ trong khoảng: - 55 đến +150
0
C
Nguồn áp hoạt động : 4V đến 30V
Điện áp đầu ra : +6V đến -1V
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 20
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo chống nhiễu tôt, mạch sử lý đơn giản

Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền

Bảng 3.6.4: Nhiệt độ.
Nhiệt độ (
0
C) V
in
(mV) V
out
(D7 – D0)
0 0 0000 0000
1 10 0000 0001
2 20 0000 0010
3 30 0000 0011
10 100 0000 1010
30 300 01 0


2 Khối chuyển đổi tương tự sang số: a.Giới
thiệu ADC0809:
Bộ ADC0809 là một thiết bị CMOS tích hợp với bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8
bít, bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương thích.Bộ chuyển đổi ADC 8 bít
này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ.Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất cứ kênh
nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập.
Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều
chỉnh tỉ số làm tròn ADC0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý.


Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 21

Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử





*Ý nghĩa các chân:
+IN0 đến IN7 : 8 ngõ vào tương tự
+A,B,C :giải mã chọn một trong 8 ngõ vào
+Z
-1
đến Z
-8
:Ngõ ra song song 8 bit
+ALE :Cho phép chốt địa chỉ
+START :Cho phép chuyển đổi
+CLK :xung đồng hồ
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 22
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

+REF (+) :điện thế tham chiếu (+)

+REF(-) :điện thế tham chiếu (- )
+VCC :nguồn cung cấp
*.Các đặc điểm của ADC0809:
+) Độ phân giải 8 bít
+) Tổng sai số chưa chỉnh định ±1/2 LSB; ±1 LSB.
+) Thời gian chuyển đổi 100 s ở tần số 640 KHz.
+) Nguồn cung cấp +5V.
+) Điện áp ngõ vào 0 ÷ 5V.
+) Tần số xung clock 10 ÷ 1280 KHz.
+) Nhiệt độ hoạt động -40
0
C đến 85
0
c
+) Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng
+) Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang
*. Nguyên lý hoạt động :
ADC 0809 xó 8 ngõ vào tương tự ,8 ngỏ ra 8 bít có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để
chuyển đổi sang số 8 bít .
+) Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã.Chọn một trong 8 ngõ vào tương tự
được thực hiện nhờ ba chân ADDA , ADDB
,
ADDC,

Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 23
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)

Khoa Điện-Điện Tử


Sau khi tách xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh sườn xuống của
xung start, ngõ ra OEC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ sườn xuống
của xung start).Lúc này bít có trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1 , tất cả các bít
còn lại ở mức 0 đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với
điện thế vào IN.
+) Nếu Vin > Vref/2 thì bít MSB vẫn ở mức 1.
+) Nếu Vin < Vref/2 thì bít MSB ở mức 0.
Tương tự như vậy bít kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị
Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin.Quá trình cứ tiếp tục như vậy
cho đến khi xác định được bít cuối cùng.Khi đoc chân EOC lên mức 1 báo cho
đã kết thúc chuyển đổi.
Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra
chân OE xuống mức 0.
Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 24
Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38
Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án môn học (kts,vxl)
Khoa Điện-Điện Tử

Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng
chuyển đổi.
 Mã ra N cho một ngõ vào là một số nguyên tùy ý:

Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái
Nhóm sinh viên thực hiện : Trần Thị Phương Nga Trang 25

Đào Thị Thùy Ngân
Bùi Thị Ngoan
Lớp : ĐTK38