Đo và ổn định độ sáng phòng

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
ti: o v n nh sỏng phũng
NộI DUNG BáO CáO :
I.Mc ớch yờu cu
II.Sơ đồ khối tổng quát.
III.Mạch nguyên lý,tính toán và mạch in.
IV.Lu đồ thuật toán.
V.Phần mềm điều khiển.


1
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I. Mc ớch yờu cu
Trong thc t, nhiu khi ta cn o v n nh sỏng ca mt phũng, mt
to nh...Mc ớch ca bi toỏn ny l thit k h thng o v n nh
sỏng phũng mt cỏch t ng. Khong ỏnh sỏng cn n nh c nhp vo
theo yờu cu s dng, h thng iu khin s o v thay i sỏng phũng
theo yờu cu bng c cu rốm ca v búng ốn.
II. S khi tng quỏt
1.Sơ đồ khối :

Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống đo lờng và điều khiển là:
Từ sơ đồ khối tổng quát, dựa theo yêu cầu bài toán ta có sơ đồ khối
cụ thể của mạch đo và điều khiển ánh sáng là:
2
Đối tư
ợng cần
đo bất
kỳ
SENSOR
Biến đổi

chuẩn hoá
Cơ cấu
chấp hành
Mạch điều
khiển
Phát hiện
sai
Mức
chuẩn
I/O
So sánh
àP/àC/PC
A/D
Chỉ thị kết
quả
ánh sáng
SENSOR Biến đổi
chuẩn hoá
Cơ cấu
chấp hành
điều khiển
MC
A/D
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
2.Giíi thiƯu c¸c linh kiƯn chÝnh:
a.Quang trë:
§Ỉc trng cđa c¸c c¶m biÕn ®iƯn trë lµ sù phơ thc cđa ®iƯn trë vµo
th«ng lỵng bøc x¹ vµ phỉ cđa bøc x¹ ®ã.C¸c tÕ bµo quang dÉn lµ mét trong
nh÷ng c¶m biÕn quang cã ®é nh¹y cao.C¬ së vËt lý cđa tÕ bµo quang dÉn lµ
hiƯn tỵng quang dÉn do kÕt qu¶ cđa hiƯu øng quang ®iƯn néi:hiƯn tỵng gi¶i

phãng h¹t t¶i ®iƯn trong vËt liƯu díi t¸c dơng cđa ¸nh s¸ng lµm t¨ng ®é dÉn
cđa vËt liƯu.
Trong ®Ị tµi nµy ta dïng quang trë R
CdS
chÕ t¹o b»ng b¸n dÉn ®a tinh thĨ
®ång nhÊt.§é nh¹y cđa quang trë rÊt cao vµ cßn phơ thc vµo nhiƯt ®é lµm
viƯc.§iƯn trë tèi cđa nã kho¶ng 10
4
-10
9
«m ë 27
0
c.§iƯn trë gi¶m rÊt nhanh khi
®é räi t¨ng,®¬n vÞ cđa ®é räi lµ:LUX.
b. Bộ chuyển đổi tương tự/số
Bộ chuyển đổi tương tự – số được sử dụng trong hệ thống là ADC
0809. Đây là IC được chế tạo theo công nghệ CMOS gồm một bộ chuyển
đổi tươngtự - số 8 bit, bộ chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương
thích.Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ
liên tiếp. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ
vào tương tự một cách độc lập.
Phương pháp ADC xấp xỉ liên tiếp (Successive- Approximation
ADC) là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi. Tuy mạch
điện phức tạp nhưng thời gian chuyển đổi lại ngắn hơn. Phương pháp
chuyển đổi ADC xấp xỉ liên tiếp có thời gian chuyển đổi cố đònh không
phụ thuộc vào điện áp ngõ vào.
3
V
A
Clock

Start
EOC
V’
A
+
-
DAC
Thanh ghi điều khiển
Logic điều khiển
MSB LSB
Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phương
pháp xấp xỉ liên tiếp.
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
- Hoạt động:Khi tác động cạnh xuống của xung start thì ADC bắt
đầu chuyển đổi. Mạch logic điều khiển set bit có nghóa lớn nhất (MSB)
của thanh ghi điều khiển lên mức cao và tất cả các bit còn lại ở mức thấp.
Số nhò phân ra ở mạch thanh ghi điều khiển được qua mạch DAC để tạo
ra điện áp tham chiếu V’
a
.
+ Nếu V’
a
>V
a
thì ngõ ra bộ so sánh xuống mức thấp, làm cho
mạch logic điều khiển xóa bit MSB xuống mức thấp.
+ Nếu V’
a
<V
a

thì ngõ ra của bộ so sánh vẫn ở mức cao và làm cho
mạch logic điều khiển giữ bit MSB ở mức cao.
Tiếp theo mạch logic điều khiển đưa bit có nghóa kế bit MSB lên
mức cao và tạo ở ngõ ra khối DAC một điện áp tham chiếu V’
a
rồi đem
so sánh tương tự như bit MSB ở trên. Quá trình này cứ tiếp tục cho đến bit
cuối cùng trong thanh ghi điều khiển. Lúc đó V’
a
gần bằng V
a
ngõ ra của
mạch logic điều khiển báo kết thúc chuyển đổi.
Như vậy mạch đổi ra n bit chỉ mất n chu kỳ xung clock nên có thể đạt
tốc độ rất cao. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp ADC xấp xỉ liên
tiếp là không thể đáp ứng với tín hiệu tương tự vào biến đổi cực nhanh .
- Sơ đồ chân ADC 0809:

- Chức năng các chân:
+ IN
0
đến IN
7
: 8 ngõ vào tương tự.
4
ADC0809
28
15

1

14

IN
2
IN
1
IN
0
A B C ALE 2
-1
2
-2
2
-3
2
-4
2
-8
REF 2
-6
START
IN
3
IN
4
IN
5
IN
6
IN

7

EOC 2
-5
OE CLK V
CC
REF GND 2
-7
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
+ A, B, C : giải mã chọn 1 trong 8 ngõ vào
+ Z
-1
đến Z
-8
: ngõ ra song song 8 bit
+ ALE : cho phép chốt đòa chỉ
+ START : xung bắt đầu chuyển đổi
+ CLK : xung đồng hồ
+ REF (+) : điện thế tham chiếu (+)
+ REF (-) : điện thế tham chiếu (-)
+ VCC : nguồn cung cấp
- Các đặc điểm của ADC 0809:
+ Độ phân giải 8 bit
+ Tổng sai số chưa chỉnh đònh ± ½ LSB; ± 1 LSB
+ Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz
+ Nguồn cung cấp + 5V
+ Điện áp ngõ vào 0 – 5V
+ Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz
+ Nhiệt độ hoạt động - 40
o

C đến 85
o
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 có 8 ngõ vào tương tự, 8 ngõ ra
8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit.
Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã. Chọn 1 trong 8 ngõ vào
tương tự được thực hiện nhờ 3 chân ADD
A
, ADD
B
, ADD
C
như bảng
trạng thái sau:
A B C Ngõ vào được chọn
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0

1
0
1
0
1
0
1
0
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
5
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
1 1 1 IN7
Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh
xuống của xung start, ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung
clock (tính từ cạnh xuống của xung start). Lúc này bit có trọng số lớn nhất
(MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra
điện áp có giá trò Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào Vin.
+ Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1.
+ Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0.
Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế
có giá trò Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ
tiếp tục như vậy cho đến khi xác đònh được bit cuối cùng. Khi đó chân
EOC lên mức 1 báo cho biết 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, nếu có 1 xung start tác động thì
ADC sẽ ngưng chuyển đổi. Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số
nguyên.
)()(
)(
).(256
−+
−
−
−
=
refref
refIN
VV
VV
N
Trong đó: Vin : điện áp ngõ vào hệ so sánh.
Vref(+) : điện áp tại chân REF(+).
Vref(-) : điện áp tại chân REF(-).
Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256.
)(
+
ref
in
V
V
Vref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256.
Giá trò bước nhỏ nhất: 1 LSB =
12
5

8
−
= 0,0196 V/byte
Vậy với 256 bước điện áp vào lớn nhất của ADC0809 là Vin = 5V.
- Mạch tạo xung clock cho ADC 0809: Sử dụng mạch dao động
dùng các cổng NOT để tạo dao động cho ADC như sau:
6
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Tần số dao động của mạch là f =
RC3
1
Tần số dao động chuẩn là 600 kHz
Suy ra 640 =
RC3
1
Với R từ 100Ω đến vài kΩ. Ta chọn R =1 kΩ ⇒ C = 500 pF.
c.Bộ vi điều khiển
Hệ thống sử dụng bộ vi điều khiển AT89C51 có các đặc điểm sau :
+ 4 kbyte ROM, 128 bit RAM.
+ 4 port vào ra 8 bit.
+ 2 bộ đònh thời 16 bit.
+ 1 port nối tiếp.
+ 64 KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng.
+ 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
- Sơ đồ khối bộ vi điều khiển AT89C51
7
V
cc
500 pF
10K

IK

IK
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
8
TXD

RXD
P
0
P
1
P
2
P
3
EA\ RST PSEN ALE
C¸c
thanh ghi

RAM / ROM
§iÒu khiÓn
ng¾t
§iÒu khiÓn
Bus
CPU
Port nèi
tiÕp
C¸c port I/O

T¹o dao
®éng
§Õm /
§Þnh
thêi
XTAL
Ng¾t ngoµi Timer
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
- Sơ đồ chân bộ vi điều khiển AT89C51
- Chức năng các chân:
+ Port0: là port đa hợp từ chân 32 đến 39. Nếu không dùng bộ nhớ
mở rộng nó có chức năng như các đường vào ra. Đối với các thiết
kế sử dụng bộ nhớ mở rộng nó còn được sử dụng làm các đường
đòa chỉ.
+ Port1: là một port vào ra từ chân 1 đến 8. Các chân được ký
hiệu P1.0, P1.1, P1.2 …P1.8 có thể dùng cho các thiết bò ngoài nếu
cần. Port1 chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bò ngoài.
+ Port2: là một port có công dụng kép từ chân 21 đến 28, được
dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus đòa chỉ
đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng.
+ Port3: từ chân 10 đến 17. Các chân của port này có nhiều chức
năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc
biệt của AT89C51 như ở bảng sau :
9
AT89C51
EA/VP
31
X1
19
X2

18
RESET
9
P3.2
12
P3.3
13
P3.4
14
P3.5
15
P1.0
1
P1.1
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
P1.7
8
P0.0
39
P0.1
38
P0.2

37
P0.3
36
P0.4
35
P0.5
34
P0.6
33
P0.7
32
P2.0
21
P2.1
22
P2.2
23
P2.3
24
P2.4
25
P2.5
26
P2.6
27
P2.7
28
P3.7
17
P3.6

16
PSEN
29
ALE/P
30
P3.1
11
P3.0
10
VCC
40
VSS
20
Sơ đồ chân AT89C51
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Bit Tên Chức năng chuyển đổi
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD
TXD
INTO
INT1
T0
T1

WR
RD
Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
Dữ liệu phát cho port nối tiếp
Ngắt 0 bên ngoài
Ngắt 1 bên ngoài
Ngõ vào của timer/counter 0
Ngõ vào của timer/counter 1
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
+ PSEN (Program Store Enable): AT89C51 có 4 tín hiệu điều
khiển. PSEN là tín hiệu ra trên chân 29, nó là tín hiệu điều khiển
cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến
chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các
byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các
mã nhò phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và
được chốt vào thanh ghi lệnh của AT89C51 để giải mã lệnh. Khi
thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức thụ động
(mức cao).
+ ALE (Address Latch Enable): tín hiệu ra ALE trên chân 30.
AT89C51dùng ALE để giải các bus đòa chỉ và dữ liệu đa hợp. Khi
port 0 vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của đòa chỉ, ALE là tín
hiệu để chốt đòa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu
của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu
trong nữa sau chu kỳ của bộ nhớ.
+ EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường
được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức
cao, AT89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng đòa
chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ
bộ nhớ mở rộng. Nếu EA được nối mức thấp, bộ nhớ bên trong

chương trình AT89C51 sẽ bò cấm và chương trình thi hành từ
EPROM mở rộng. Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện
áp 21V khi lập trình cho EPROM trong AT89C51.
10
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
+ RST (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của
AT89C51. Khi tín hiệu này được đưa lên mứùc cao trong ít nhất 2
chu kỳ, các thanh ghi trong AT89C51 sẽ được thiết lập về những
giá trò thích hợp để khởi động hệ thống. RST có thể được kích khi
cấp điện dùng một mạch R-C. Sơ đồ mạch Reset được sử dụng
trong hệ thống:
Trạng thái của tất cả các thanh ghi của AT89C51/8031
sau khi reset hệ thống được tóm tắt trong bảng sau:
Thanh ghi Nội dung
Đếm chương trình
Tích lũy
B
PSW
SP
DPTR
Port 0-3
IP
IE
Các thanh ghi đònh thời
SCON
SBUF
PCON(HMOS)
PCON(CMOS)
0000H
00H

00H
00H
07H
0000H
FFH
XXX00000B
0XX00000B
00H
00H
00H
0XXXXXXB
0XXX0000B
+ Các ngõ vào bộ dao động trên chip: Như đã thấy trong các hình
trên, AT89C51 có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối
với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Tần số thạch anh thông
thường là 12MHz.
11
+ 5 V
+ 5 V
1 0 0
8 , 2 K
1 0 U F
Mạch reset