Đồ án môn học Tự động hóa

Mục Lục
Mục Lục.........................................................................................................................1
Chương 1:......................................................................................................................3
GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................................................3
1.1 Giới thiệu đề tài:..................................................................................................3
1.1.1Sơ lược về đề tài:...........................................................................................3
1.1.2. Các linh kiện sử dụng:.................................................................................3
2.1Vi điều khiển AT89S52:.......................................................................................5
2.1.1 Giới thiệu......................................................................................................5
4 KB ROM.............................................................................................................7
2.1.3Sơ đồ chân của AT89S52:.............................................................................7
Bộ định thời 0 và 1:.................................................................................................11
Đặc điểm dao động:.................................................................................................12
2.3. Led 7 thanh:......................................................................................................14
2.3.1 Giới thiệu........................................................................................................14
2.3.2 Nguyên tắc quét led 7 đoạn:.......................................................................15
2.5. Crystal (Thạch anh):.........................................................................................18
2.6. Điện trở treo:.....................................................................................................18
2.6.1 Giới thiệu....................................................................................................18
2.6.2 Làm việc.....................................................................................................19
2.7DIODE :..............................................................................................................19
2.7.1 Giới thiệu....................................................................................................19
2.12. Quang trở :......................................................................................................26
2.13. Motor DC :......................................................................................................27
3.2 Khối hiển thị:....................................................................................................30
3.3 Khối nguồn:......................................................................................................30
3.4Khối nhận sản phẩm màu trắng và màu đỏ:.......................................................31


3.5. Khối đếm sản phẩm đi qua:..............................................................................33
3.6. Mạch điều khiển: Cánh tay gạt sản phẩm và Motor băng chuyền:...................34

3.7 Các nút chức năng :...........................................................................................35
3.9.Chương trình cho vi điều khiển AT89S52:.......................................................35
4.1. Những ưu điểm của mô hình đếm và phân loại sản phẩm:...............................38
4.1.1 Ưu điểm: ....................................................................................................38
4.1.2Nhược điểm:................................................................................................38
4.1.3 Hướng phát triển:........................................................................................38

2


Chương 1:
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu đề tài:

1.1.1Sơ lược về đề tài:
- Đề tài là một mô hình gồm 1 băng chuyền, 2 cảm biến màu sắc đỏ và trắng. 1
cảm biển để nhận biết số sản phẩm đi qua.
- Thực hiện chức năng đếm số lượng sản phẩm làm được, đưa đến băng
chuyền, chạy qua các bộ cảm biến màu để phân ra 3 loại khác nhau, sản phẩm màu
trắng, sản phẩm màu đỏ và sản phẩm màu đen. Tất cả các sản phẩm có cùng kích
thước.
- Hệ thống có chức năng báo tràn và dừng băng chuyền khi đúng số lượng sản
phẩm, và khi tràn khỏi mức 999 sản phẩm.
1.1.2. Các linh kiện sử dụng:
•
Vi xửlíAT89S52.
•
Hiểnthị:Cácled7đoạn (anode chung),cácledđơn
•
IC LM324

•
CáctransistorA1015(PNP),đểkhuyếchđại vàđiềukhiển.
•
Nútnhấn điểukhiển.
•
Điệntrởthanhvà cácđiệntrởcầndùng.
•
Biến trở.
•
Một số linh kiện phụ để cho vi điều khiển có thể hoạt động được
(như thạch anh 12MHz, tụ 33pF, ….

3


1.2 Hướng giải quyết đề tài.
Lập sơ đồ khối tổng quát cho mạch cần thiết kế.
Để giải quyết vấn đề này chúng ta cần 2 bộ phận : Bộ phận cảm biến và bộ
phận hiển thị.
+ Bộ phận cảm biến gồm phần thu và phần phát. Chúng ta dùng led hồng
ngoại để phát tín hiệu và dùng photodiode để thu tín hiệu.
+ Bộ phận hiển thị : Có nhiều phương pháp thiết kế mạch hiển thị : sử dụng IC
số, vi điều khiển, vi xử lí. Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau.
Căn cứ vào tình hình thực tế tại các cơ sở nghiên cứu và khả năng thực hiện
nhóm quyết định sử dụng bộ vi xử lí.
- Tìm hiểu một số kiến thức cần thiết như nguyên lí hoạt động và thông số kĩ
thuật của cảm biến được sử dụng, sự hấp thụ và phản xạ của ánh sáng,
phương pháp quét để hiện thị trên led 7 thanh, phương pháp hiển thị kết
quả nhận biết màu.
- Khảo sát ảnh hưởng sự hấp thụ phản xạ ánh sáng trên các sản phẩm có màu

khác nhau đối với quang trở. Sau đó lập bảng khảo sát rồi đưa ra kết quả
lựa chọn màu thích hợp đối với đề tài.
- Thiết kế từng khối với trình tự : Lập sơ đồ chi tiết, suy ra sơ đồ nguyên lí
cho mỗi khối, kết nối các khối và mô phỏng sau đó thiết kế mạch đúng
theo yêu cầu đề tài dựa trên sơ đồ nguyên lí và mô phỏng.

4


Chương 2:
CẤU TẠO VÀ NGUYEN LÝ LÀM VIỆC CỦA
CÁC LINH KIỆN
2.1Vi điều khiển AT89S52:

2.1.1 Giới thiệu
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có
thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống. Theo các tập
lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý
thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó.
Trong các thiết bị điện, điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều
khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thọai, lò vi-ba … Trong hệ
thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự
động.
2.1.2Tổng quan và Sơ đồ khối của AT89S52.
Sơ đồ khối:

5


Hình 2.1:Sơ đồ khối của AT89S52.

6


Tổng quan về AT89S52:
o
4 KB ROM
o
4 KB EPROM bên trong.
o
128 Byte RAM nội.
o
4 Port xuất nhập I/O 8 bit.
o
2 bộ định thời 16 bit
Mạch giao tiếp nối tiếp:
o
64 KB vùng nhớ mã ngoài
o
64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn):
o
210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
o
4s cho hoạt động nhân hoặc chia.
2.1.3Sơ đồ chân của AT89S52:

Hình 2.2: Sơ đồ chân AT89S52.
AT89S52 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập . Trong đó
có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa là một chân có hai chức năng), mỗi đường có

thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành
phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.

7


Các cổng vào ra
Port 0 (Chân 32-39):là cổng hai chiều dùng 8 bit để mở, như là cổng ra, Port 0
có những cấu hình công đường dẫn địa chỉ, dữ liệu để truy xuất tới chương trình
goài và bộ nhớ dữ liệu. yêu cầu bên ngoài dừng lại trong lúc kiểm tra chương trình.
Port 1 (Chân 1-8): có cổng hai chiều 8bit, trong phép cộng P1.0 và P1.1 có thể
thực hiện để đi tới bộ định thời/bộ đếm bên trong đếm ngõ vào(P1.0/T2) và hai bộ
định thời/bộ đếm truy xuất ngõ vào(P1.1/T2EX).
Port 2 (Chân 21-28): có cổng hai chiều 8bit, phát ra những địa chỉ byte cao
khác trong lúc tìm về từ bộ nhớ chương trình bên ngoài và truy xuất từ bộ nhớ dữ
liệu bên ngoài việc đó sử dụng 8bit địa chỉ. Port 2 phát ra những nội dung của
thanh ghi có chức năng đặc biệt P2
Port 3 (Chân 10-17):
P3.0 RxD Chân phát dữ liệu của Port nối tiếp
P3.1 TxD Chân thu dữ liệu của Port nối tiếp
P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt ngoài 0
P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt ngoài 1
P3.4 T0 Ngõ vào bộ định thời đếm 0
P3.5 T1 Ngõ vào bộ định thời đếm 1
P3.6 WR Điều khiển ghi dữ liệu vào RAM ngoài
P3.7 RD Điều khiển đọc dữ liệu từ RAM ngoài
Reset (Chân 9):
Chân reset có tác dụng reset cho chíp, mức tích cực của chân này là mức 1 , để
reset ta phải đưa mức 1 (5v) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy
( tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz ).

Sau đây là mạch reset.

Hình 2.3: Mạch RESET.
Nút ấn:
8


Trạng thái của các thanh ghi khi reset, khi reset thì trạng thái của RAM nội
không bị thay đổi
RxD :nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.
TxD :truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.
- /INT0: ngắt ngoài 0.
- /INT1: ngắt ngoài 1.
T0: chân vào 0 của bộ timer/counter 0.
T1: chân vào 0 của bộ timer/counter 1.
- /WR: ghi giữ liệu vào bộ nhớ ngoài.
- /Rd: đọc giữ liệu từ bộ nhớ ngoài.
XTAL1: chân vào mạch khuếch đại dao động.
XTAL2: chân ra từ mạch khuếch đại dao động.
- /PSEN: chân cho phép đọc chương trình ngoài (Rom ngoài).
Chân cho phép chốt địa chỉ (ALE/PROG)
Chân ALE có xung ở ngõ ra để chốt địa chỉ Byet thấp trong thời gian truy xuất
bộ nhớ ngoài. Chân này có chương trình xung ở ngõ vào trong khi tín hiệu điện
đang chạy.
Trong điều khiển bình thường, chân ALE được xuất ra với một giá trị bằng 1/6
tần số của mạch dao động và có thể được sử dụng cho việc quy định thời gian bên
ngoài hoặc mục đích đếm thời gian. Ghi nhớ, một xung ALE được ngắt quãng
trong
khi

mỗi
truy
xuất
từ
dữ
liệu
bộ
nhớ
ngoài.
Nếu ra lệnh, bình thường ALE có thể bị hủy bởi việc cài dặt bit 0 của SFR được
định vị trí 8EH
Chân cho phép bộ nhớ chương trình (PSEN:Program store Enable)
PSEN được đọc xung nhọn tới bộ nhớ chương trình ngoài.
Khi AT89S52RC đang thực hiện mã từ bộ nhớ chương trình ngoài, PSEN được
thực hiện với chu kỳ máy tăng gấp đôi, trừ phi hai hoạt động PSEN đó được ngắt
quãng trong thời gian truy xuất tới bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.
+ Chân truy xuất ngoài (EA/VPP)
Kích hoạt truy xuất ngoài, chân EA phải được nối với GND khi sử dụng các
thiết bị từ mã truy cập từ bộ nhớ chương trình ngoài được định vị trí từ 0000H tới
FFFFH.
Chân tinh thể thạch anh XTAL
XTAL1: Ngõ vào tới mạch dao động khuếch đại ngược và tới mạch điện khóa
diều khiển bên trong.
XTAL2: Ngõ ra từ mạch dao động khuếch đại ngược.
Thanh ghi các chức năng đặc biệt (SFR)
Một ánh xạ trên bề mặt diện tích của bộ nhớ chip được gọi là thanh ghi các
chức năng đặc biệt.
9

Ghi chú, đó không phải là tất cả các địa chỉ đã được sử dụng, và những địa
chỉkhôngđược sử dụng có thể không được bổ sung vào chip. Đọc truy xuất tới các
địa chỉ đó sẽ được tổng hợp đầy đủ vào dữ liệu ngẫu nhiên, và truy xuất được ghi
sẽ có hiệu ứng lờ mờ.
•Thanh ghi bộ định thời 2: Điều khiển và trạng thái các bit được chứa đựng
vào thanh ghi T2CON và T2MOD.
•Thanh ghi ngắt: Khởi động những bit ngắt riêng biệt được thực hiện bởi
thanh
ghi
IE.
TF2: Dấu hiệu cờ tràn 2 bộ định thời đặt bởi 2 bộ dịnh thời cờ tràn và phải được
xóa bởi phần mềm. TF2 sẽ không được dặt khi RCLK=1 hoặc TCLK=1
EXF2: 2 Bộ định thời dấu hiệu ngoài khi một cái được giữ lại hoặc chạy lại bởi
một từ chối chuyển tiếp trên T2EX và EXEN2 = 1. khi 2 bộ định thời trong được
kích hoạt, EXF2 = 1 sẽ là nguyên nhân để CPU tới vector tới thủ tục 2 bộ định thời
trong. EXEN2 phải được xóa bởi phần mềm. EXF2 không phải nguyên nhân gây
ngắt trong bộ đếm lên/xuống (DCEN=1). RCLK Kích hoạt xung nhận, khi điều
chỉnh, nguyên nhân cổng nối tiếp được sử dụng 2 bộ định thời cờ tràn tạo xung cho
xung nhận trong cổng nối tiếp cho dạng 1 và 3. RCLK = 0 là nguyên nhân cờ tràn
một bộ định thời được sử dụng cho việc nhận xung TCLK Kích hoạt truyền xung,
khi điều chỉnh, nguyên nhân cồng nối tiếp được dùng cờ tràn xung bộ định thời 2
cho việc phát xung trong cổng nối tiếp cho dạng 1 và 3. TCLK = 0 nguyên nhân cờ
tràn bộ dịnh thời 1 dã được dùng để phát xung.
EXEN2 : Kích hoạt bộ định thời ngoài 2, một cái được giữ lại hoặc chạy lại để
xuất như là một kết quả của một từ chối chuyển tiếp trên T2EX nếu1 bộ định thời 2
không được sừ dụng để tạo xung cho cổng nối tiếp. EXEN2 = 0 là nguyên nhân bộ
định thời 2 lờ đi khả năng có thể xảy ra của T2EX.
TR2 Điều khiển bắt đầu/dừng lại cho bộ định thời 2. TR2 = 1 bộ định thời bắt
đầu. C/T2 Bộ định thời hoặc bộ đếm cho bộ định thời 2. C/T2 = 0 cho chức năng
bộ định thời. C/T2=1 cho máy đếm sự kiện ngoài.

CP/RL2 Chọn giữ/chạy lại. CP/RL2 = 1 lý do giữ lại cho xuất hiện trên từ
chối chuyển tiếp vào T2EX nếu EXEN2 = 1. CP/RL2 = 0 nguyên nhân tự động
chạy lại để xuất hiện khi cờ tràn bộ định thời 2 hoặc xuất hiện từ chối chuyển tiếp
vào T2EX khi EXEN2 = 1. khi RCLK hoặc TCLK = 1, bit này được lờ đi và bộ
định thời bị ép tự động chạy lại trên cờ tràn bộ định thời 2.
+ Con trỏ ghi hai dữ liệu:
Để thuận tiện truy xuất cà hai bộ nhớ dữ liệu bên trong và bên ngoài, 2 bờ
của 16bit con trỏ ghi dữ liệu được cung cấp: DP0 của địa chỉ thanh ghi các chức
năng đặc biệt định vị trí 82H-83H và DP1 ở 84H-85H. bit DPS = 0 trong các
thanh ghi phụ các chức năng đặc biệt chon5DP0 và DP1 = 1 chọn DP1. người
sử dụng nên khởi động bit DPS để tích hợp giá trị trước khi truy xuất tương ứng
với con trỏ ghi dữ liệu.

10


Cờ tắt nguồn(POF): được định 4bit (PCON.4) vào PCON SFR. POF được
điều chỉnh tới “1” trong khi bật nguồn. nó có thể bị điều chỉnh và và đứng yên
dưới phần mềm điều khiển và không được giả tạo bởi quá trình khởi động lại
Thiết bị MCS_51 có một khoảng địa chỉ riêng cho chương trình và bộ nhớ
dữ liệu.
Bộ nhớ chương trình:
Nếu chân EA được nối với GND tất cả chương trình đi về có hướng về tới bộ nhớ
ngoài.
Trong AT89S52RC, nếu chân EA được nối với Vcc thì chương trình về tới
khoảng địa chỉ 0000H-7FFFH đi tới bộ nhớ chương trình bên trong và đi về tới địa
chỉ
8000H-FFFF
đi
tới

bộ
nhớ
chuong
trình
bên
ngoài.
Bộ nhớ dữ liệu:
AT89S52RC có bộ nhớ dữ liệu bên trong với 4 phần riêng:
+ Thấp hơn 128 byte của RAM (có địa chỉ từ 00H-7FH) được gán giá trị ngay lập
tức hoặc gián tiếp
Cao hơn 128 byte RAM ( có địa chỉ 80H-FFH) chỉ gán địa chỉ bằng cách gián
tiếp
Các thanh ghi có chức năng đặc biệt (có địa chỉ từ 80H-FFH) chỉ được gán địa
chỉ bằng cách trực tiếp
256 byte RAM mở rộng (00H-FFH) được truy cuất gián tiếp bởi lệnh MOVX,
và với bit EXTRAM được xóa.
Phần cứng bộ định thời giám sát:
Được dự định như là phương pháp khôi phục trong vị trí nơi mà CPU có thể
bị xáo trộn bởi chủ đề phần mềm, nó phù hợp với bộ đếm 13bit.
Cách sử dụng bộ định thời giám sát: để cho phép nó, người sử dụng phải viết
01EH và 0E1H trong dãy để tới thanh ghi WDTRST. Khi nó được cho phép, người
sử dụng cần tới dịch vụ của nó bởi 01EH và 0E1H tới WDTRST để phá hủy cờ tràn
của nó. Bộ đếm cờ tràn 13bit khi nó đạt tới 8191(1FFFH), và thiết lập lại các thiết
bị. khi nó được cho phép, nó sẽ gia tăng chu kỳ máy trong khi mạch dao động đang
chạy. để chạy lại nó người dùng phải viết 01EH và 0E1H tới WDTRST. WDTRST
là thanh ghi chỉ viết. bộ đếm WDT không thể bị đọc hay viết.
Bộ định thời 0 và 1:

Bộ định thời 0 và 1 trong AT89S52RC hoạt động giống như là bộ định thời 0
và 1 trong AT89S52 và AT89C52.

Bộ định thời 2:
Bộ định thời 2 là bộ định thời/bộ đếm 16bit nó có thể hoạt động như các bộ
định thời khác hoặc một biến cố đếm. bộ định thời 2 gồm 2 thanh ghi 8bit,TH2 và
TL2.
Xung nhịp ra có thể lập trình được:
11


Chu kỳ hoạt động là 50% có thể được lập lại chương trình để đi ra bằng chân
P1.0. nó có thể là chương trình để vào xung bên ngoài cho bộ định thời/bộ đếm 2
hoặc cho ngõ ra với 50% chế độ làm việc biên độ xung từ 61Hz tới 4MHz với một
tần số hoạt động 16MHz.Cấu hình của bộ định thời/bộ đếm 2 như là một hàm sin,
bit C/T2 (T2CON.1) phải được xóa và bit T2OE (T2MOD.1) phải được điều chỉnh.
Bit TR2 (T2CON.2) bắt đầu và dừng bộ định thời.
Tần số xung ra phụ thuộc vào tần số dao động và giá trị nạp lại của thanh ghi
bộ định thời 2 (RCAP2H,RCAP2L). ta có Tần số xung ra = ( tần số dao động)
/(4*[65536-(RCAP2H,RACP2L)])
Trong chế độ xung ra, bàn quay bộ định thời 2 sẽ không được phát động ngắt.
Chế độ ngắt:
AT89S52RC có tổng cộng 6 vector ngắt: 2 ngắt ngoài (INT0 và INT1), 3
bộ định thời ngắt (bộ định thời 0,1 và 2) và cổng ngắt nối tiếp.
Mỗi nguồn ngắt có thể cho phép riêng lẻ hoặc ngăn chặn bởi quá trình cài đặt
hoặc xóa bỏ 1 bit trong thanh ghi các chức năng đặc biệt (SFR) IE.
Bộ định thời ngắt 2 được khởi động bởi toán tử logic OR của các bit TF2 và EXF2
trong thanh ghi T2CON. Những cái cờ đó không những được xóa bởi phần cứng
khi thủ tục của dịch vụ được hướng tới. thực ra, thủ tục dịch vụ có thể được định rõ
là TF2 hay EXF2 dể khởi động ngắt, và bit đó sẽ được xóa trong phần mềm.
Cờ bộ định thời 0 và 1, TF0 và TF1, được điều chỉnh ở S5P2 của chu kỳ trong
bộ định thời cờ tràn.
Đặc điểm dao động:

XTAL1 và XTAL2 là ngõ ra và ngõ vào, theo thứ tự được định sẵn, để điều
khiển thiết bị từ một nguồn xung ngoài. XTAL2 sẽ không được lien kết bên trái
trong khi XTAL1 được điều khiển
Chế độ nghỉ:
Trong chế độ nghỉ, CPU nghỉ trong khi tất cả các chip ngoại vi đều hoạt động.
chế độ này được gọi ra bằng phần mềm. Dung lượng trên chip RAM và tất cả SFR
được thay đổi, chế độ nghỉ có thể ở bên trong cho phép ngắt hoặc chế độ lặp lại của
phần cứng.
Chú ý khi chế độ nghỉ được kết thúc bởi chế độ lặp lại của phần cứng, các
thiết bị thong thường được chạy lai chương trình từ phần tắt bên trái.

12


2.1.4Mạch cơ bản để 89S52 làm việc:

Hình 2.4: Mạch cơ bản để AT89S52 làm việc.
2.2Họ IC ổn áp78xx :
2.2.1 Giới thiệu
- Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng
IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại
ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn
áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau.

Hình 2.5: Họ IC ổn áp 78xx.
Những dạng seri của 78XX:
- LA7805IC ổn áp 5V
- LA7806 IC ổn áp 6V
- LA7808 IC ổn áp 8V

Đây là dòng cho điện áp ra tương ứng với dòng là 1A.
13


Hình2.6: IC 7805 thực tế.
2.2.2 Sơ đồ khối của IC
7805

Hình 2.7:Sơ đồ khối của IC 7805.
2.3. Led 7 thanh:
2.3.1 Giới thiệu
- LED 7 thanh được dùng nhiều trong các mạch hiện thị thông báo, hiện thị số,
kí tự đơn giản... LED 7 được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để
có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F
chẳng hạn. LED 7 thanh dùng để hiện số thì rất đẹp và dễ nhìn. Tùy vào kích thước
của số và kí tự mà mỗi thanh được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn. Các LED
đơn đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a...g và có một dấu chấm dot
( dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LED đơn.
Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển được và hiển
thị số từ 0 đến 9 và các kí tự từ A đến F.

14


Hình 2.8 : LED 7 thanh.
Ở trên là hình dạng LED7 ngoài thực tế và trong mạch nguyên lý và cấu tạo.
- Cấu tạo của LED chúng ta nhìn trên rất đơn giản chúng chỉ gồm các LED
đơn được xếp lại với nhau thành hình như trên hình vẽ. Các LED đơn này chỉ
chung nhau Anot hoặc Katot và riêng nhau các chân con lại Anot hặc Katot. Nhiệm
vụ của chúng ta là cho sáng các LED đơn đó để cho nó thành số hay kí tự đơn giản.

Hiện nay LED 7 được sản xuất theo 2 kiểu là Anot chung và Katot chung và được
điều khiển làm việc tương tự như bơm dòng hay nuốt dòng của các LED đơn có
trong LED7 (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dòng cho LED). Thông thường
trong các mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử dụng loại Anot chung.
Phương pháp ghép nối là cấp dòng, đảo trạng thái thông qua đệm và quét LED.
Để ghép nối với LED7 có thể có nhiều cách, nhưng phải đảm bảo sao có thể điều
khiển tắt mở riêng từng LED đơn trong đó để tạo ra các số và các ký tự mong
muốn.Các ICs điều khiển đều khó khả năng sinh dòng kém tức là dòng đầu ra của
các chân ICs nhỏ hơn khả năng nuốt dòng. Do vậy, nếu ghép nối trực tiếp các net
với các chân cổng IC thì loại Anode chung là thích hợp hơn cả. Cần phải chú ý
dòng dồn về ICs quá mức chịu được thì cũng không được vì làm nóng và cháy ICs
điều khiển.
2.3.2 Nguyên tắc quét led 7 đoạn:
Trong bài ta nối 8 chân của mỗi led 7 đoạn với nhau và với nối với 8 chân của
AT89s52.Và thay vì nối chân anot của led 7seg lên VCC ta dùng 1 transistor npn
hoặc pnp để điều khiển bật tăt led này. Tại mỗi thời điểm chỉ có duy nhất 1 led 7
thanh được bật sáng mà thôi. Nhờ sự lưu ảnh trên võng mạc người mà ta cảm nhận
như các led 7 thanh này sáng đồng thời nhau, với điều kiện tốc độ quét ảnh >24
hình/1S.

15


Bảng 2.1: Bảng mã hiển thị dành cho led 7 đoạn có Anode chung
(các led đơn sáng ở mức 0)
2.4. Transistor A1015:
2.4.1Cấu tạo của Transistor. ( Bóng bán dẫn )
- Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp
P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự
NPN ta được Transistor ngược.về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với

hai Diode đấu ngược chiều nhau.
Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B
(Base) , lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và
cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại
bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên
không hoán vị cho nhau được.

Hình 2.9: Transistor A1015 thực tế.
16


2.4.2 Nguyên tắc hoạt động của transistor :
* Xét hoạt động của Transistor NPN.
Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN Ta cấp một nguồn
một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào
cực E. Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và
E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E. Khi công tắc mở , ta thấy rằng,
mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua
mối CE ( lúc này dòng IC = 0 ).
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện
chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-)
tạo thành dòng IB. Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy
qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB. Như
vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công
thức :
Ta có:
IC = β.IB
Trong đó:
IC là dòng chạy qua mối CE.

IB là dòng chạy qua mối BE.
β là hệ số khuyếch đại của Transistor.
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt
qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán
dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán
dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ
trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành
dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp U CE
=> tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor
* Xét hoạt động của Transistor PNP.
Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng
cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại . Dòng IC đi từ E sang C còn
dòng IB đi từ E sang B.

17


2.5. Crystal (Thạch anh):

Hình 2.10: Crystal thực tế.
- Dao động tinh thể làmột mạchdaođộngđiệntửcó sử dụngcộng hưởng cơ
họccủa mộttinhthểdaođộngcủavật liệu áp điệnđể tạo ra mộttín hiệu điệnvớimột tần
số rấtchính xác. Tần số nàythường được sử dụngđểtheo dõi thời gian(như
trongđồng hồ đeo taythạch anh), để cung cấp mộttín hiệu đồng hồổn định chocác
mạch kỹ thuật sốtích hợp, vàổnđịnhtần số cho cácthiết bị phát sóng vô tuyến điệnvà
máy thu. Các loại phổ biếnnhấtđược sử dụngcộng hưởngáp điệnlàcác tinh thểthạch
anh,nhưngcác vật liệu khácáp điệnbaogồmgốm sứpolycrystalineđược sử dụngtrong
các mạchtươngtự.
.
- Tinh thể thạch anh được sản xuấtcho các tần sốtừvài chụckilohertzhàng

chụcmegahertz. Hơn haitỷtinh thể này đượcsảnxuấthàng năm.Hầuhếtđược sử
dụngcho các thiết bịtiêu dùng nhưđồng hồ đeo tay, đồng hồ, radio,máy tính,và điện
thoại di động. Tinh thể thạch anhcũng được tìm thấybên trongthử nghiệm
vàthiếtbịđo lường, máy phát tín hiệu, vàdao động.
2.6. Điện trở treo:

Hình 2.11: Trở treo A472J thực tế.
2.6.1 Giới thiệu
- Điện trở treo (pull up resistor) là một điện trở có một chân được đấu nối với
điện áp mức cao (thường lấy mức 5v), các chân còn lại được nối với ngõ vào hay
ngõ ra của mạch. Tác dụng là để xác định mức logic hay để tăng dòng cho vdk.

18


2.6.2 Làm việc
- Trong bài đối với AT89s52 các port P1, P2, P3 đã có trở treo ngoại trừ cổng
P0 chưa có điện trở treo,nếu muốn dùng port 0 mà các mức logic 0 hay 1 được xác
định rõ ràng thì phải dùng thêm trở treo A472J.(4,7KiloOhm)
- Chân 1 nối nguồn 5vdc8chân còn lại dùng để nối vào 8 chân ra của vi
điềukhiển 89S52 có tác dụng làm tăng dòng điện làm cho dòng điện khỏe hơn. Ở
mạch này chúng ta dùng điện trở 4,7kilo Ohm.

Hình 2.12: Sơ đồ chân của trở treo.
2.7DIODE :

2.7.1 Giới thiệu.
- Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng
điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất
của các chất bán dẫn.

2.7.2 Nguyên lí.
- Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo
một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp
xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp
vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo
thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

19


Hình 2.13: Sơ đồ lớp bán dẫn.

Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode .
* Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán
dẫn.

Hình 2.14:Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

2.7.3 Hoạt động
- Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi
ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng
chuyễn động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử
(điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ
trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư
thừa lỗ trống).
- Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi
chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên
tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay
các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).Điện áp tiếp xúc hình thành.

Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là điện
áp tiếp xúc (UTX). Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến khối p
nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2
khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại
20


điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp
xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng
0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge.Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc
tạo ra dòng điện.
.Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên
quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì
vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được
gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc được cân
bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây là cốt lõi hoạt động của điốt.Điệp áp ngoài cùng
chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện
.Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các
điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn
điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán
của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt
dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp
theo một hướng nhất định.
* Phân cực cho Diode.
* Phân cực thuận:
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-)
vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền
cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại
Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không
=> Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode

tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở
mức 0,6V )

Hình 2.15: Phân cực diode
Diode (Si) phân cực thuận :
- Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V
Đường đặc tính của nó là đồ thị UI với u là trục tung và i là trục hoành. Giá trị điện
áp đạt đến 0.6V thì bão hòa
21


- Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V
thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi
qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở
giá trị 0,6V . * Phân cực ngược Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn
(+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của
điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp
giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị
đánh thủng.
2.8. Led đơn:

Hình 2.16 : Led đơn.
- Led đơn là một loại của diode được gọi là diode phát quang.
- Nó phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED
khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA
Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện.
vv…
2.9IC LM324 :
- LM324 được tạo bởi 4 bộ khuếch đại thuật toán (OP-AMP) độc lập được
tích hợp trên mộtchip đơn. Điểm đặc biệt của LM324 là nó được thiết kế đểhoạt

động đượ c vớ i nguồn nuôiđơn có vùng điện áp rộng. LM324 cũng có thể hoạt
động được với cả nguồn đôi. Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập với biên độ
điện áp cung cấp. Một điểm đặc biệt nữa của LM324 là ở chế độ tuyến tính thì
vùng điện áp đầu vào ở mode chung sẽbao gồm cả đất, vàđiện áp đầu ra cũng
dao dộng quanh điểm đất ngay cả khi mạch được nuôi bởi nguồn đơn.

22


Hình 2.17 Hình dạng thực tế của LM324N.
* Các đặc điểm của LM324
-Vùng điện áp nuôi rộng: vớ i nguồn đơn thì từ5V– 30V; vớ i nguồn đôi thì ±
1,5V- ±16V.
-Vùng điện áp lối vào: từ -0.3V đến +32V.
-Dòng cực máng rất nhỏ (0,7 mA) và độc lập với nguồn cung cấp.
-Vùng nhiệt độhoạt động: từ 0 độ đến +70 độ.
-Dòng offset lối vào: tối đa 30 nA (ở 25 độ)
-Điện áp offset lối vào: tối đa 3 mV (ở 25 độ)

Hình 2.18: Cấu tạo của LM 235
* Hoạt động :
Khi điện áp V+ > V- thì ngõ ra của op amp ở mức +Vcc
Khi điện áp V+ < V- thì ngõ ra của op amp ở mức Gnd hoặc -Vcc.

23


2.10. Biến trở :
- Biến trở chẳng qua là điện trở mà trị số có thể thay đổi được, bằng cách vặn,
xoay, gạt qua gạt lại, … Nó có thể được gọi là biến trở, hay “chiết áp” (hay cái chia

áp).
- Tên tiếng Anh của nó có thể là Variable resitor, potentiometer, trimmer,
trimpot…
- Kí hiệu: VR, VAR, POT, …
- Kí hiệu trên mạch:

Hình2.19 : Kí hiệu trong mạch

Hình2.20 : Biến trở thực tế
- Nhìn là thấy, để thay đổi giá trị biến trở thì ta xoay, hay vặn, hay gạt nó (tuỳ
theo cấu tạo của nó mà sử dụng).
- Và biến trở thì có 3 chân, thì 1 trong các chân đó sẽ là “chân chạy”. Dùng
VOM – mode đo Ohm để xác định chân nào là “chân chạy” (điện trở giữa chân
chạy và 1 trong 2 chân còn lại sẽ thay đổi khi ta vặn núm xoay).
Trị số biến trở:
Giá trị ghi trên biến trở là giá trị điện trở cực đại của nó.
Ví dụ:
24


+ Biến trở có thể ghi là: 10K (10kOhm)
+ Hoặc ghi là: 502 (50 x 102 =5kOhm).
2.11. Relay :
- Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp
khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trịxác định. Rơle là thiết bị điện dùng để
đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệvà điều khiển sựlàm việc của mạch điện
động lực.
Đặc tính vào -ra của rơle

Hình 2.21 Đặc tính vào ra của rơle

Quan hệgiữa đại lượng vào và ra của rơle nhưhình minh họa.
Khi x biến thiên từ0 đến x2 thì y = y1 đến khi x= x2 thì y tăng từy = y1 đến y
= y2
(nhảy bậc). Nếu x tăng tiếp thì y không đổi y = y2 . Khi x giảm từx2 vềlại x1
thì y = y2
đến x = x1 thì y giảm từy2 vềy = y1.
Nếu gọi:
+ X = X2= Xtđlà giá trịtác động rơle.
+ X = X1 = Xnh là giá trịnhảcủa rơle.
Thì hệsốnhả:
Knh=x1/x2=Xnh/Xnh

25