VĐK AT89s52 và IC chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 08xx để chuyển đổi và xử lý tín hiệu sau đó hiển thị lên LCD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Nhiệt độ là một thông số hết sức quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn tới môi
trường, sự sống và các hoạt động sản xuất hàng ngày. Ngày nay với sự biến đổi
ngày càng xấu đi và khó lường của thời tiết thì việc đo nhiệt độ môi trường trở nên
rất quan trọng. Do vậy vấn đề đo nhiệt độ được quan tâm để thực hành và kiểm tra
đồng thời cũng là công cụ để lập trình đo nhiệt độ của các thiết bị dân dụng cũng
như trong công nghiệp .
Để đo lường nhiệt độ thì có thể dùng nhiều loại cảm biến nhiệt khác, mỗi
loại có một ưu điểm riêng phù hợp với từng nhu cầu riêng. Trong phạm vi đề tài là
đo nhiệt độ môi trường bình thường chúng em sử dụng LM 35 do đây là loại cảm
biến có độ chính xác cao, tầm hoạt động tuyến tính từ 0 - 128 độ C, tiêu tán công
suất thấp, và thông dụng…
Trong đồ án môn học này chúng em sử dụng VĐK AT89s52 và IC chuyển đổi tín
hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 08xx để chuyển đổi và xử lý tín hiệu sau đó
hiển thị lên LCD.
Mục đích của đề tài hướng đến đó là tạo ra bước đầu cho sinh viên thử
nghiệm các ứng dụng của các thiết bị đo lường trong thực tiễn để tìm tòi, phát triển
nhiều ứng dụng khác trong cuộc sống hàng ngày cần đến.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC
trang

Lời nói đầu………………………………………………………………………..1
Mục Lục………………………………………………………………………….. 2
Phần I. Giới thiệu tổng quan về các khối……………………………………… 3
I.
II.
III.
IV.
V.

Sơ đồ khối tổng quát………………………………………………..3
Cảm biến LM35………… ………………………………………… 4
IC chuyển đổi tín hiệu ADC 0804………………………………… 5
VĐK AT89s52……………………………………………………. .10
Khối hiển thị LCD………………………………………………….13

Phần II. Thiết kế và thi công mạch…………………………………………….18
I.
II.

Sơ đồ nguyên lý………………………………………………. . ….18
Mạch in…………………………………………………………….19

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

Phần I. Giới thiệu tổng quan về các khối
I.

Sơ đồ khối tổng quát

Cảm biến nhiệt
LM35

Khối chuyển đổi
ADC0804

Vi điều khiển
AT89s52

Khối hiển thị
LCD

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

Nguyên lý hoạt động:
- Cả m biến nhiệt LM35 chuyển nhiệt độ môi trường thành
dạng điện áp, sau đó được đưa qua khối chuyển đổi ADC.
- ADC 0804 chuyển điện áp sang dạng số sang Vi Điều Khiển AT89s52.
- Cuối cùng Vi điều khiển AT89s52 xử lý theo yêu cầu người dùng và hiển
thị lên LCD.

II.

Cảm biến 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.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

Đặc điểm nổi bật của cảm biến
Đo nhiệt độ với thang đo nhiệt bách phân (0 C)
Độ phân giải : 10mV/10C
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
Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.
Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các
mạch điện tử.

III.

IC chuyển đổi tín hiệu ADC 0804

 Giới thiệu về bộ chuyển đổi ADC
Bộ chuyển đổi ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự sang dạng số để
có thể làm việc được với CPU. Ứng dụng này chủ yếu mô tả cách thức tối ưu hóa
ADC (Analog to DigitalConvertor) trong các phần cứng để không làm thay đổi bản
chất của nó và làm cho nó hoạt động tốt nhất. Phương pháp này phụ thuộc vào các
nhiễu bên trong của ADC và các nhiễu bên ngoài như : trở kháng , nguồn , các
vòng dây và ăngten...

 Tìm hiểu về ADC0804
IC ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của
hãng National Semiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất. IC
có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển
đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC.
SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển
một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian
chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và
không bé hơn 110μs.

Sơ đồ chân ADC 0804
 Chức năng các chân của ADC0804:

 CS (Chip select)
Chân số 1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để
kíchhoạt chip ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì chân này phải ở mức thấp.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

 RD (Read)
Chân số 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển đổi đầu vào
tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong. RD được sử
dụngđể có dữ liệu đã được chuyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS =
0 nếu cómột xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số
8 bit được đưatới các chân dữ liệu (DB0 – DB7).

 WR (Write)
Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC
biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra từ
xung cao xuống xung thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá
trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân
INTR được ADC hạ xuống mức thấp.

 CLK IN và CLK R
CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời
gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng.
Để dung đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được nối

với một tụ điện và một điện trở (như hình vẽ):

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

 Ngắt INTR (Interupt)

Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái caovà
khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết l à dữliệu
chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi
một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra.

 Vin (+) và Vin (-)
Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin
(+)Vin (-). Thông thường Vin (-) được nối tới đất và Vin (+) được dùng làm đầu
vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số.

 Vcc
Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham
chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở.
SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

 Vref/2
Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu chân
này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 - +5V. Tuy
nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 - +5V.
Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 - +5V.
 D0 - D7

D0 - D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất
MSB và D0 là bit thấp nhất LSB). Các chân này được đệm ba trạng thái
và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD
đưa xuống mức thấp.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

IV.

Vi điều khiển AT89s52

AT89s52 thu ộc họ 8051 có 40 chân cho các chức năng khác nhau
như vào ra I/O, đọc RD, ghi WR, địa chỉ, dữ liệu và ngắt.

Sơ đồ chân 89s52
Chức năng các chân 89S52
 Cổng P0

Cổng P0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39). Nó có thể được dùng như cổng
đầu ra, để sử dụng các chân của cổng P0 làm đầu ra, vừa làm đầu vào mỗi chân
phải được nối tới một điện trở kéo bên ngoài. Điều này do thực tế là cổng P0 là
một máng mở khác với cổng P1, P2, P3. Khái niệm máng mở được sử dụng trong
các chip MOS về chừng mực nào đó giống như Collector hở đối với các chip TTL.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

 Cổng P1 và P2
Cổng P1 chiếm tất cả 8 chân (chân 1 đến chân 8), P2 (chân 21 đến 28), nó
có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra. So với cổng P0 thì cổng này không
cần điện trở kéo vì nó đã có điển trở kéo bên trong.
Cổng P1: Chân T2 và T2EX dùng cho timer/ counter 2. Hai chức năng này
sẽ khảo sát trong phần Timer. Chân SS\, MOSI, MISO, SCK truyền dữ liệu theo
chuẫn SPI đồng thời có chức năng kết nối với mạch nạp chương trình.

+ Cổng P3: Tích hợp các chức năng đặc biệt. Xem bảng:

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

 Chân /PSEN (Program Store Enable)
Là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được phép đọc các
byte mã lệnh trên ROM ngoài. /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã
lệnh. Mã lệnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus dữ liệu (port 0) thanh ghi
lệnh để được giải mã.khi thực hiện chương trìnhROM nội thì /PSEN ở mức
cao.
+ Chân ALE (Address Latch Enable)
ALE là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉcó tần số bằng 1/6 tần số dao
động của vi điều khiển.Tín hiệu ALE được dùngđể cho phép vi mạch chốt
bên ngoài như 74373, 74573 chốt byte địa chỉ thấp rakhỏi bus đa hợp địa chỉ/dữ
liệu (Port 0).
+ Chân /EA(External Access)
Tín hiệu cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi
điều khiển. Nếu /EA ở mức cao (nối với VCC), thì vi điều khiển thi
hành chương trình trong ROM nội. Nếu /EA ở mức thấp(nối GND)thì
vi điều khiển thi hành chương trình bộ nhớ ngoài.
+ XTAL1,XTAL2
AT89S52 có một bộ dao động trên chíp , nó thường đượcnối với bộ
dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thông thường
là12MHz.
+ V CC , GND
AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V đến 5,5V được cấp
qua chân 40 và 20.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 12

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

V.

Khối hiển thị LCD
+ Phân loại LCD
Có thể chia các module LCD làm hai loại chính là:

 Loại hiển thị kí tự gồm có các kích cỡ 16x1 (16 ký tự trên 1
dòng), 16x2,16x4, 20x1, 20x2, 20x4, 40x1, 40x2, 40x4. Mỗi ký tự
được tạo bởi một ma trận các điểm sáng kích thước 5x7 hoặc 5x10
điểm ảnh.
 Loại hi ển thị đồ họa đen trắng hoặc màu, gồ m c ó các
kích cỡ 1,47inch(128x128 điểm ảnh); 1,8 inch(128x160 điểm
ảnh)... được dùng trong điện thoại di động, máy ảnh số, camera...

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

+ Sơ đồ chân của LCD

 Chân Vcc, Vss và Vee:
+ Vcc,Vss: Cấp nguồn dương 5v và đất tương ứng.
+ Vee: Dùng để điều khiển độ tương phản của LCD.

 Chân chọn thanh ghi RS(Resistor Select):

Có 2 thanh ghi rất quan trọng trong LCD, chân RS được dùng để chọn
các thanh ghi như sau:

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

+ Nếu RS= 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng
gửi một lệnh chẳng hạn như xóa màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng…
+ Nếu RS=1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dung gửi
dữ liệu cần hiển thị lên LCD.
 Chân đọc /ghi (R/W):
Đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng:
+ Ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0.
+ Đọc thông tin từ LCD khi R/W = 1.

 Chân cho phép E ( Enable):
Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu
trên chân dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung
mức cao xuống thấp phải được áp đến chân nàyđể LCD chốt dữ liệu trên các
chân dữ liệu. Xung này phải rộng tối thiểu 450 ns.
 Chân D0-D7:
+ Đây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội
dung của các thanh ghi trong LCD.
+ Để hiển thị các chữ cái, các con số, chúng ta gửi mã ASCII của các chữ cái
từ A đến Z, a đến f và các con số 0-9 đến các chân này khi bật RS=1.
+ Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc

đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

 Gửi mã lệnh hoặc dữ liệu đến LCD có kiểm tra cờ bận

Để gửi mã lệnh hoặc dữ liệu không kiểm tra cờ bận (Busy Flag), cần đặt một
độ trễ lớn trong quá trình xuất dữ liệu hoặc lệnh ra LCD. Tuy nhiên có mộ tcách tốt
hơn là hiển thị cờ bận trước khi xuất một lệnh hoặc dữ liệu tới LCD.
Sử dụng RS=0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận
thôngtin. Cờ bận là D7 và có thể được đọc khi R/W=1 và RS=0 như sau:

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

+ Nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận 1) thì LCD bận bởi các công
việc bên trong và sẽ không nhận bất cứ thông tin mới nào.
+ D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới. Nên kiểm tra cờ bận
trước khi ghi bất cứ dữ liệu nào lên LCD.

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

Phần II. Thiết kế và thi công mạch
I.

Sơ đồ nguyên lý

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

II.

Mạch in

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – KHOA ĐIỆN TỬ

SVTH: PHÙNG KIM TUYẾN – ĐOÀN ĐỨC VIỆT

Page 22