thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp và hiển thị trên các led 7 đoạn

LỜ I NÓ I ĐẦ U.
Ngày này cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kĩ thuật, ngành điện tử
có bước phát triển rất manh trong công cuộc ứng dụng trong đời sống, sản xuất
công nghiệp, quản lý, giải trí…Do đó mà việc nắm bắt những kiến thức, công nghệ
của kĩ thuật điện tử có vai trò to lớn giúp cho ta ứng dụng và phát triển được nhiều
thứ có ích đối với cuộc sống .
Xuất phát từ quá trình tìm hiểu về các dây chuyền sản xuất công nghiệp trong
thực tế, bằng những kiến thức đã học trên ghế nhà trường và thực tiến em đã nắm
bắt được công nghệ tự động hoá trên các dây chuyền sản xuất công nghiệp.Một
trong những khâu mà em thấy khá là quan trọng đó là tự động đếm sản phẩm việc
này rất quan trọng trong việc kiểm kê số lượng hàng hoá. Việc này là khá dễ để lắp
đặt với những dây chuyền sản xuất hiện đại. Tuy nhiên công nghệ sẽ phức tạp hơn
với những doanh nghiệp vừa và nhỏ sẽ khó khăn cho việc ứng dụng công nghệ và
vẫn dùng nhân công cho việc này. Dó đó mà bằng những kiến thức của em đã học
được trên ghế nhà trường và với những thực tiễn đã tìm hiểu được em đi đến đề tài
đó là “thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp và hiển thị trên các Led 7 đoạn”
có khả năng ứng dụng được và có thể được nhân rộng ra thực tiễn.
Mô hình mạch đếm sản phẩm của em gồm 2 bộ phận quan trọng đó là.
- Mạch cảm biển quang dùng để phát hiện sản phẩm.
- Khổi vi điều khiển và hiển thị dùng để chứa chương trình và hiển thị kết quả
đếm.
- Ngoài ra nó còn có băng truyền, động cơ phụ tải.
Em xin cám ơn thầy Thạc sĩ Ngô Xuân Hường đã hướng dẫn và giúp đỡ em rất
nhiều trong việc thiết kế, những gì thầy hướng dẫn đã giúp em rất nhiều trong quá
trình làm đồ án. Với khả năng và kiến thức của mình để thiết kế được mô hình này
sẽ có vẫn nhiều thiếu sót rất mong nhận được sự đóng góp từ các thầy cô.
LỜ I CAM ĐOAN
i


Em xin cam đoan nhưng kiế n thứ c trong quá trì nh là m đồ á n là nhữ ng gì

em tì m hiể u và chắ t lọ c đượ c trong quá trì nh nghiên cứ u và tham khả o
mộ t số đồ á n cá c khoá trướ c không sao chép từ bấ t kì nguồ n nà o, nếu sử
dụ ng lạ i nhữ ng kiế n thứ c củ a ngườ i khá c tuyệ t đố i tôn trọ n bả n quyền
sá ng tá c của tá c giả bằ ng nhữ ng lờ i trí ch dẫ n nếu không thì là đượ c nêu
trong danh mụ c tà i liệ u tham khả o.

Sinh viên: Trương Tấ t Sơn

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................1
ii


CHƯƠNG I: CÁC MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM XUNG TRONG THỰC TẾ VỚI
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG……………………………………………...……..2
1.1 Mô hình mạch đếm sản phẩm theo cách sử dụng Sensor……………2
1.1.1 Mạch đếm sử dụng cảm biến quang…………………………………2
1.1.2 Mô hình mạch đếm dùng cảm biến hồng ngoại…….…………..…….4
1.2 Mô hình mạch đếm sản phẩm theo cách sử dụng IC…………………6
1.2.1 Mạch đếm sản phẩm sử dụng họ Chíp vi xử lý ATMEGA…………...6
1.2.2 Mạch đếm sản phẩm sử dụng họ chíp 8051…………………………..7
1.2.3 Mạch đếm sử dụng IC chức năng…………………………….………9
1.3 Mô hình mạch đếm dựa theo cách hiển thị. …………………..………10
1.3.1 Mô hình hiển thị bằng các thanh LED 7 đoạn……………....……….10
1.3.2 Mô hình đếm hiển thị bằng LCD……………………….……………11
1.3.3 Mô hình mạch đếm hiển thị trên Ma trận LED………………………11
CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH, XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, CHON
LỰA MÔ HÌNH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG NGHIỆP………………………...13
2.1 Đánh giá các mô hình đếm đối với yêu cầu thực tiễn là bài toán đếm
sản phẩm trong sản xuất công nghiệp……………………………..……..….13

2.1.1 Những yêu cầu của mạch đếm sản phẩm công nghiệp trong thực tế sản
xuât………………………………………………………………….…………..13
2.1.2 Đánh giá các mô hình mạch hình mạch đếm sử dụng sensor các loại,
lựa chọn sensor cho yêu cầu bài toán………………………………………….13
2.1.3 Đánh giá các mô hình sử dụng IC các loại và lựa chọn IC…………14
2.1.4 Đánh giá các mô hình hiển thị các loại và chọn cách hiển thị……....14
2.2 Ý tưởng thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp…………………..14
2.2.1 Yêu cầu đáp ứng ý tưởng đối với mạch đếm sản phẩm công nghiệp..14
2.2.2 Y tưởng thiết kế, lên phương án làm mạch…………………………15
2.3 Lựa chọn mô hình cho việc thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp
đáp ứng yêu cầu của ý tưởng………………………………………………....16
2.3.1 Lựa chọn chíp vi xử ly……………………………………………….16
iii


2.3.2 Lựa chọn cảm biến và mạch hiển thị…….………………………...…18
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG
NGHIỆP………………………………………………………………….…..…19
3.1 Thiết kế phần mạch nguyên lý cho mô hình đếm sản phẩm công
nghiệp………………………………………………………………………..…19
3.1.1 Khối cảm biến quang……………………………………….…..….…20
3.1.2 Khối nguồn điện cấp cho mạch………………………….………....…23
3.1.3 Khối Vi xử lý………………………………………………..……..…25
3.1.4 Khối hiển thị……………………………,,………………………...…26
3.1.5 Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm…………………….…28
3.2 Thiết kế chương trình cho mô hình mạch đếm sản phẩm…….………29
3.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho mạch đếm sản phẩm…………………29
3.2.2 Xây dựng Code chương trình của mạch đếm sản phẩm…………...…30
3.2.3 Thực hiện việc chạy thử chương trình của mạch đếm trên mô phỏng..40
3.3 Thiết kế mạch in cho mô hình mạch đếm sản phẩm công nghiệp……41

3.3.1 Mạch nguồn cung cấp cho mạch đếm…………………….…….…….41
3.3.2 Mạch cảm biến quang………………………………………….….….42
3.3.3 Mạch vi xử lý và hiển thị……………………………………….….…42
3.4 Tiến trình rửa mạch và hàn mạch đo đạc đánh giá các thông số của
mạch đếm sản phẩm công nghiệp………………………………………….…43
3.4.1 Tiến hành rửa mạch…………………………………………………...43
3.4.2 Tiến hành hàn linh kiện…………………………………………...…..43
3.4.3 Đo đạc các thông số và đánh giá khả năng hoạt động của mạch…….45

CHƯƠNG I: CÁC MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM XUNG TRONG THỰC TẾ VỚI KHẢ NĂNG ỨNG
DỤNG……………………………………………...……..2................................................................................................iii
1.1 Mô hình mạch đếm sản phẩm theo cách sử dụng Sensor……………2.................................................iii

1.1.2 Mô hình mạch đếm dùng cảm biến hồng ngoại…….…………..…….4...iii
iv


1.2 Mô hình mạch đếm sản phẩm theo cách sử dụng IC…………………6...................................................iii

1.3.2 Mô hình đếm hiển thị bằng LCD……………………….……………11.....iii
CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH, XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, CHON LỰA MÔ HÌNH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG
NGHIỆP………………………...13.........................................................................................................................iii

3.1.2 Khối nguồn điện cấp cho mạch………………………….………....…23...iv
3.2 Thiết kế chương trình cho mô hình mạch đếm sản phẩm…….………29..............................................iv

3.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho mạch đếm sản phẩm…………………29. iv
3.3 Thiết kế mạch in cho mô hình mạch đếm sản phẩm công nghiệp……41...........................................iv

3.3.2 Mạch cảm biến quang………………………………………….….….42.....iv

Tên hình.....................................................................................................................................................viii
Nội dung.....................................................................................................................................................viii
Số trang......................................................................................................................................................viii
3.1..............................................................................................................................................................viii
45...............................................................................................................................................................viii
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................................1
CHƯƠNG I: CÁC MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM TRONG THỰC TẾ VỚI KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG............2
1.1 Mô hình mạch đếm theo cách sử dụng Sensor..................................................................................2

1.1.1 Mạch đếm sử dụng cảm biến quang.............................................................2
1.1.2 Mô hình mạch đếm dùng cảm biến hồng ngoại............................................4
1.2 Mô hình mạch đếm theo cách sử dụng IC..........................................................................................5

1.3.2 Mô hình đếm hiển thị bằng LCD................................................................11
CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH, XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, CHỌN LỰA MÔ HÌNH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG
NGHIỆP........................................................................................................................................................12
2.1 Đánh giá các mô hình đếm đối với yêu cầu thực tiễn là bài toán đếm sản phẩm trong sản xuất công
nghiệp.....................................................................................................................................................13

v


2.1.1 Những yêu cầu của mạch đếm sản phẩm công nghiệp trong thực tế sản
xuất..........................................................................................................................13
3.1.2 Khối nguồn điện cấp cho mạch...................................................................21
3.1.2.1 IC chức năng LM2576..............................................................................22
3.1.2.2 Nguyên lí ổn áp và tạo điện áp 5V của mạch nguồn..............................23
3.1.4.1 LED 7 đoạn................................................................................................25
3.1.4.2 Nguyên lý hoạt động của khối hiển thị....................................................26
3.2 Thiết kế chương trình cho mô hình mạch đếm sản phẩm...............................................................28

3.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho mạch đếm sản phẩm...............................28
3.2.3 Thực hiện việc chạy thử chương trình của mạch đếm trên mô phỏng
proteus.....................................................................................................................39
3.3 Thiết kế mạch in cho mô hình mạch đếm sản phẩm công nghiệp...................................................40
3.3.1 Mạch nguồn cung cấp cho mạch đếm..........................................................................................40

3.3.2 Mạch cảm biến quang..................................................................................41
Số hình

Nội dung

Số

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
3.1

Mạch sử dụng cảm biến là cảm biến hồng ngoại.
Mạch đếm sử dụng sensor là cảm biến hồng ngoại.
Hình ảnh của chíp vi xử lý ATMEGA8.
Hình ảnh của chíp vi xử lý AT89S52.
Mô hình mạch đếm bằng IC chức năng 74LS90.
Hình ảnh và tên các thanh led trong led 7 đoạn hiển thị số

Hình ảnh một màn hình LCD 16*2
Ma trân LED có kích thước 8*8.
Sơ đồ nguyên lý của mô hình mạch đếm sản phẩm công

trang
2
4
6
8
9
10
11
11
20

3.2
3.3

nghiệp
Cấu tạo và đồ thị đặc tuyến Vol-Ampe của phototransistor
Bộ khuếch đại thuật toán LM358N

21
22

vi


3.4
3.5

3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18

Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn cung cấp cho mạch đếm.
IC ổn áp LM2576
Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý mạch đếm sản phẩm.
LED 7 thanh loại Anot chung.
LED 7 thanh loại Anot chung.
Sơ đồ thuật toán của mạch đếm sản phẩm
Giao diện của chương trình C viết trên Codevision AVR
Thiết lập chiều xuất nhập dữ liệu của các Port
Thiết lập các Timer/Couter trên ATMEGA8 băng CodeAVR
Mô phỏng của chương trình trên phần mêm proteus.
Sơ đồ layout của khối nguồn sử dụng LM2576
Sơ đồ mạch in của khối nguồn sử dụng LM2576.
Sơ đồ mạch in của mạch cảm biến quang.
Sơ đồ layout của mạch vi xử lý và hiển thị.
Sơ đồ mạch in của mạch vi xử lí và hiển thị.

vii

23
23
25
26
27
29
30
32
33
40
41
41
42
42
43


DANH MỤC CÁC BẢNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
Tên hình
Nội dung
3.1
Bảng thông số các giá trị linh kiện được sử dụng trong
mô hình mạch đếm

viii

Số trang
45

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thật thì ngành công nghiệp điện tử cũng
đang phát triển một cách vượt bậc theo đó là sự phát triển của công nghệ vi xử lý.
Ngày nay công nghệ vi xử lý đã đạt lên tầm cao mới với những chíp vi xử lý có
nhiều lõi với tốc độ xử lý cỡ Ghz/s kèm theo đó là độ rộng dữ liệu cỡ 32bit, 64bit
được dùng trong các máy vi tinh cấp cao. Tuy nhiên để ứng dụng trong các mạch
chức năng, những ứng dụng cơ bản không cần tốc độ xử lý nhanh các chíp vi điều
khiển có độ rộng dữ liệu 8 bit vẫn còn được sử dụng rộng rãi và được ứng dụng rất
nhiều trong thực tế. Cụ thể trong nội dung đề tài nghiên cứu này ta sẽ dành thời
gian nghiên cứu về ứng chíp vi xử lý 8 bit trong mô hình mạch đếm sản phẩm công
nghiệp.
Chương trình được viết trên vi xử lý phục vụ cho mạch đếm sản phẩm cơ bản
nhất phaỉ đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau..
Phát hiện ra sự thay đổi mức logic được lấy từ tín hiệu ra từ cảm biến quang.
Kích cờ tràn trong bộ đếm couter0 tạo 1 sự kiện ngắt couter để đếm và hiển thị trên
LED7.
Phát hiện ra các switch được ấn để tăng giảm hiện thị số cài đặt.
Mạch đếm sản phẩm cho ta khả năng thiết lập số sản phẩm cần đếm cho trước
sau khi đếm được bằng đó sản phẩm thì mạch đếm sẽ đếm lại từ đầu.
Do đó Chương trình trên vi xử lý cũng phải phát hiện được thời điểm số đếm
được bằng số đếm được cài đặt trước sau đó sẽ tự động reset đếm lại từ đầu.

1


CHƯƠNG I: CÁC MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM TRONG THỰC TẾ VỚI KHẢ
NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG.
Mô hình chung của tất cả các mô hình mạch đếm sản phẩm có thể hoạt động

được đều có 3 khối chức năng chính đó là:
o Khối cảm biến dùng để nhận diện mỗi khi có 1 sản phẩm đi qua.
o Khối vi xử lý hoặc IC chức năng dùng để lập trình mọi hoạt động của mạch
đếm.
o Khối hiển thị dùng để hiển thị kết quả mạch đếm.
1.1 Mô hình mạch đếm theo cách sử dụng Sensor.
1.1.1 Mạch đếm sử dụng cảm biến quang.
Sơ đồ nguyên lý của cảm biến.

Hình 1.1: Mạch sử dụng cảm biến là cảm biến hồng ngoại.

2


Trong mạch trên sử dụng 1 Led dùng để phát ánh sáng màu có bước sóng từ 0.36
µm đến 0.72 µm. Một phototransistor dùng để thu ánh sáng phát được đặt đối diện
với Led phát sao cho mặt tiết diện của thấu kính của phototransistor nhận được
cường độ chùm sáng mà LED phát đưa tới là lớn nhất. Khoảng cách của Led phát
và phototransistor phụ thuộc vào cường độ chùm sáng của Led phát, độ nhạy sáng
tại cực B để hở của phototransistor và giá trị chiết áp được điều chỉnh trong phạm
vi nào.
Nguyên lí hoạt động của cảm biến.
Nguyên lí cơ bản của mạch dùng sensor cảm biến hồng ngoại đó là:
Khi không có sản phẩm đi qua toàn bộ ánh sáng phát ra từ LED phát sẽ đi qua
thấu kính và tập trung tại cực B của phototransistor làm phát sinh các cặp điện tử
và lỗ trống giữa tiêp giáp B-E tạo ra dòng điện gọi là dòng quang thông. Khi mà
BE thông càng nhiều dẫn dến điện áp ra trên VCE càng lớn. Do đó mà sụt áp trên
VCE càng nhiều dẫn đến điện áp vào chân âm của bộ so sánh càng nhỏ. Tại đây điện
áp ra từ cực C của Phototransistor được so sánh với điện áp phân áp được đưa vào
chân dương của bộ so sánh. Do đó mà điện áp đưa vào chân số 3 càng nhỏ khi mà

nhỏ hơn điện áp phân áp tai chân 2 thì đầu ra của bộ so sánh tại chân 1 sẽ xuất ra
mức điện áp là 0V để đưa tới khối vi điều khiển nó sẽ tương ứng với mức logic
thấp.
Ngược lại khi có vận cản đi qua khoảng không gian giữa LED phát và
phototransistor khí đó thì vật cản sẽ che ánh sáng chiếu từ Led tới photptransistor
dẫn đến tiếp giáp BE không xuất hiện dòng quang thông, do vậy mà dẫn đến sụt áp
trên VCE nhỏ, điện áp được đưa vào chân âm của bộ so sánh lớn và được so sánh
với điện áp phân áp đưa vào chân dương. Điện áp chân âm lớn hơn chân dương dẫn
đến điện áp ra của bộ so sánh có giá trị >3V tương ứng mới mức logoc cao.
Trong mạch ta sử dụng 1 chiết áp để điều chỉnh điện áp so sánh vào chân dương
của bộ so sánh qua đó ta có thể điều chỉnh được độ nhạy của cảm biến.
3


Đánh giá khả năng hoạt động của mô hình dùng cảm biến loại này.
Do là mô hình dùng cảm biến quang tương đối đơn giản do chỉ dùng Led phát,
Transistor quang, bộ so sánh nên rất dễ thực hiện, chi phí thấp. Muốn tăng khoảng
cách và độ nhạy của cảm biến ta chỉ cần dùng led phát có công suất lớn,
phototransistor có độ nhạy cao.
Nhược điểm của cảm biến loại này là rất dễ chịu nhiễu từ ánh sáng bên ngoài.
Biện pháp khử nhiễu duy nhất là giảm tác động từ ánh sáng bên ngoài (nơi đặt cảm
biến đặt trong điều kiện bóng tối) hoặc là thực hiện cách tang khoảng cách cừa nêu.
1.1.2 Mô hình mạch đếm dùng cảm biến hồng ngoại.
Sơ đồ nguyên li cảm biến:

Hình 1.2: Mạch đếm sử dụng sensor là cảm biến hồng ngoại.
Ở mạch cảm biến hồng ngoại người ta dùng một Led phát hồng ngoại là Led
phát ra ánh sáng ở dải sóng mắt người không nhìn thấy được do đó mà nó ít khi bị
nhiểu bởi ánh sáng môi trường. Led phát và Led thu hồng ngoại có thể được đặt
4

cạnh nhau hoặc đối diện với nhau. Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc vào công xuất
bức xạ của led phát hồng ngoại.
Led thu hồng ngoại có đặc điểm là bình thường thì nội trở của nó rất lơn cỡ KΩ
nhưng khi bị tia hồng ngoại chiếu vào là nội trở của nó rất nhỏ. Lợi dụng đặc điểm
đó mà người ta xây dựng nên sensor hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động của cảm biến như sau:
Khi không có sản phẩm đi qua toàn bộ tia phát xạ hồng ngoại từ led phát hồng
ngoại sẽ tới led thu, khi đó nội trở led thu sẽ giảm xuống nhanh chóng điện áp ở
trên điện trở R2 sẽ là.V3= Vcc*R2/(Rled+R2) do đó mà khi Rled giảm mạnh thì điện áp
V3 đưa vào chân dương bộ so sánh có giá trị lớn hơn so với điện áp tại chiết áp VR
đưa tới chân 2 do đó mà đầu ra bộ so sánh sẽ cho ra điện áp 4- 5V tương ứng với
mức logic cao tới vi xử lí.
Khi có sản phẩm đi qua led phát và thu khi đó nó sẽ che đi toàn bộ tia phát xạ từ
led phát hồng ngoại tới led thu hồng ngoại do đó mà nội trở của led thu có nội trở
lớn. Điện áp trên trở R2 sẽ giảm. Điện áp đưa tới chân dương của bộ so sánh sẽ có
giá trị nhỏ hơn điện áp từ chiết áp tới chân âm.kết quả là đầu ra bộ so sánh có điện
áp là 0V tương ứng với mức logic thấp.
Có thể điều chỉnh độ nhạy của cảm biến bằng chiết áp VR.
Đánh giá khả năng hoạt động của mô hình dùng cảm biến loại này.
Mạch dùng cảm biến hồng ngoại cũng như cảm biến quang dễ thực hiện do chỉ
cần cặp led phát hồng ngoại và thu hồng ngoại với một bộ so sánh. Tín hiệu ra ổn
định không bị nhiễu bởi các nguồn sáng môi trường.
Nhược điểm của sensor loại này là rất ít.
1.2 Mô hình mạch đếm theo cách sử dụng IC.
Trong các mạch đếm sản phẩm vi xử lý hay IC có vai trò đầu não dùng cho
người thiết kế có thê lập trình hoạt động của mạch đếm theo đúng ý tưởng của
mình và quan trọng trong việc điều khiển mọi hoạt động của mạch. Có nhiều loại vi
5

xử lý và IC khác nhau có thể lập trình lên một mạch đếm. Dựa vào việc dùng các
họ vi xử lý nào hay IC nào cũng có thể tạo lên mô hình một mạch đếm.
1.2.1 Mạch đếm sử dụng họ Chíp vi xử lý ATMEGA.
Dòng chíp ATMEGA có đặc điểm đó là:

Hình 1.3 Hình ảnh của chíp vi xử lý ATMEGA8.
1. Có nhiều ngõ xuất nhập dữ liệu ( POTR I/O) theo hai hướng, cụ thể ở chíp
ATMEGA 8 có 3 port A,B,C.
2. Các bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số có độ phẩn giải tới 10 bít, nhiều
kênh ADC.
3. Bộ nhớ flash có thể lập trình được và có thể lập trình lại được nhiều lần vơi
dung lượng lớn. Bộ nhớ SRAM lớn. Có thêm bộ nhỡ EEPROM
4. ATMEGA có xung nguồn nội bộ lên tới 8MHz, ngoài ra có thể sử dụng xung
ngoài tối đa 16 MHz.
5. Có các cổng timer/couter 8 bít, 16 bít tích hợp PWM.
6. “Giao tiếp nối tiếp USART tương thích với chuẩn RS232”.
7. “Giao diện nối tiếp two-wỉe-serial (tương thích với chuẩn I2C) Mastẻ và
Slaver.
8. “Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)”.
Ưu điểm của họ vi xử lý ATMEGA.
6


“So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn
cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng:
1. Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng
AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch
anh).

2. Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần
vài điện trở là có thể làm được. một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằng
bootloader không cần mạch nạp…
3. Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.
4. Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên
internet.”
5. Giup đỡ cho người lâp trình rất nhiều bằng công cụ lập trình CovisionAVR.
Hạn chế khi sử dụng họ vi xử lý ATMEGA.
Hạn chế duy nhất khi sử dụng Họ vi xử lý ATMEGA đó là giá thành của chíp vi
xử lý nó giá thành đắt hơn rất nhiều so với con chíp vi xử lý khác cùng cấu hình đó
là họ nhà ATMEGA đã tích hợp rất nhiều thứ bên trong con vi xử lý đồng thời giúp
đỡ cho người lập trình rất nhiều.
1.2.2 Mạch đếm sử dụng họ chíp 8051.
Họ chíp vi xử lý 8051 cũng là họ vi xử lý được sản xuất bởi Atmel. Nó là bộ vi
xử lý 8 bít với cấu trúc tập lệnh được đơn giản hoá.

7


Hình 1.4: Hình ảnh của chíp vi xử lý AT89S52.
Đặc điểm chung của họ vi xử lý 8051.
1. Dung lượng bộ nhớ của RAM nội là 128 byte.
2. Có tất cả 4 port xuất nhập dữ liệu 2 chiều.
3. Các bộ định thời là các bộ định thời 16 bit.
4. Tuỳ theo từng dòng vi xử lý mà nó có từ 4,8,12,20 Kbyte bộ nhớ Flash có
khả năng ghi xoá nhiều lần.
5. Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp
6. “Có thể mở rộng không gian nhớ dữ liệu ngoài 64 Kbyte (bộ nhớ RAM
ngoài)”.
7.

“Có thể mở rộng không gian nhớ chương trình ngoài 64 Kbyte (bộ nhớ

ROM ngoài)”.
8. “210 bit truy xuất tới từng bit”.
Trong họ vi xử lý8051 thì chíp vi xủa lý 89S52 là chíp vi xử lý được dùng nhiều
để viết chương trình. Một số ưu điểm có nó như.
1. Gía thành rẻ. Giá thành của một chíp 89S52 chỉ có 16 nghìn.
2. Hộ trợ nạp chương trình bằng cách nạp nối tiếp cho tốc độ nạp chương trình
rất nhanh so với các chíp 8051 khác
8


Tuy nhiên nếu so với vi xử lý ATMEGA nó có hạn chế như:
1. Phải dùng một dao động thạch anh ngoài.
2. Việc lập trình không được hỗ trợ nhiều bằng chíp ATMEGA. Lập trình cho
Họ 8051 hay sử dụng phần mềm Keli C.
1.2.3 Mạch đếm sử dụng IC chức năng.
Mô hình mạch đếm này sử dụng 2 con IC đó là IC chốt để hiển thị trên Led 7
đoạn là LS7447 và IC 74LS90.

Hình 1.5 Mô hình mạch đếm bằng IC chức năng 74LS90.
Nguyên lý hoạt động của mạch này như sau:
Xung từ cảm biến đưa tới được đưa vào chân CkA của IC74LS90 thứ nhất.
Mỗi khi có sản phẩm đi qua sẽ có xung clock đưa tới IC thứ nhất. IC sẽ bắt đầu
đếm hàng đơn vị. Khi mà IC 1 đếm xong hàng đơn vị sẽ xuất mức logic cao ra chân
Q3 đưa tới CkA của IC2 và IC2 sẽ bắt đầu đếm hàng chục.
Đặc điểm của mô hình đếm kiểu này đó là mạch đếm đơn giản, dễ thực hiện,
không cần phải lập trình. Chi phi linh kiện rẻ. Tuy nhiên chỉ có thể áp dụng cho mô
9

hình đếm đơn giản, dải hiện thị ít. Khi yêu cầu số lượng đếm lớn sẽ cần rất nhiều
các IC chức năng, khi đó thiết kế mạch sẽ phức tạp, chi phí linh kiện sẽ cao hơn
nhiều.
1.3 Mô hình mạch đếm dựa theo cách hiển thị.
1.3.1 Mô hình hiển thị bằng các thanh LED 7 đoạn.

Hình 1.6: Hình ảnh và tên các thanh led trong led 7 đoạn hiển thị số
Trong mô hình này việc hiển thị được hiển thị trên các LED 7 đoạn. Với những
mô hình hiển thị kiểu này thì có các ưu điểm đó là:
1. Hiển thị rõ dàng, trực quan, rõ nét và xó thể quan sát được ở xa, mọi vị trí
Khoảng cách quan sát quyết định bởi kích thước của LED 7.
2. Gía thành để mua các LED 7 rất rẻ và đa dạng chủng loại, hích cỡ trên thi
trường.
3. Việc lập trình chương trình trên LED 7 đơn giản hơn nhiều so với việc lập
trình trên các thiết bị hiển thị khác.
Tuy nhiên việc hiển thị trên LED 7 có những mặt hạn chế đó là chỉ hiển thị được
các chữ số không hiển thị được các chữ cái.

10


1.3.2 Mô hình đếm hiển thị bằng LCD.

Hình 1.7: Hình ảnh một màn hình LCD 16*2
Việc hiển thị trên màn LCD ó các đặc điểm sau:
1. Hiển thị được các kí tự trong bảng mã ASCII do đó mà cho hiển thị kết quả
một cách phong phú hơn nhiều.
2. Có thể linh hoạt thay đổi vị trí hiển thị trên màn hình.

3. Nhược điểm của việc hiển thị khiểu này đó là màn LCD có kích thước bé
hơn LED nhiều, không có cỡ lớn, phức tạp cho lập trình hơn LED 7, chi phí cao
hơn LED 7.
1.3.3 Mô hình mạch đếm hiển thị trên Matrận LED.
Ma trận Led bao gồm có nhiều loại với kích thước như: 5*7, 9*15,8*8…

Hình 1.8: Ma trân LED có kích thước 8*8.
Với những mô hình hiển thị trên ma trân LED có đặc điểm như sau.
1. Có thể hiển thị được tất cả chữ cái, kí tự, symbol..mà do người dùng
11


lập trình để hiển trị trên nó.
2. Khả năng hiển thị rất sắc nét, nhiều kích cỡ.người quan sát có khả năng quan
sát rõ dàng.
3. Nhược điểm của việc hiển thị này đó là chi phí cho Led matrix đắt hơn so với
viêc sử dụng LED 7. Việc lập trình cho led đòi hỏi người viết chương trình phải
mất công sức.

CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH, XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, CHỌN
LỰA MÔ HÌNH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG NGHIỆP.
12


2.1 Đánh giá các mô hình đếm đối với yêu cầu thực tiễn là bài toán đếm sản
phẩm trong sản xuất công nghiệp.
2.1.1 Những yêu cầu của mạch đếm sản phẩm công nghiệp trong thực tế sản
xuất.
Thực tế trong sản xuất công nghiệp việc đếm sản phẩm yêu cầu những yêu cầu
sau:

1. Việc hiển thị cho người quan sát chỉ cần hiển thị các số, hiển thị cần rõ dàng.
Có thể cần những thiết bị hiển thị cỡ lớn.
2. Cảm biến phải có độ nhạy cao do các sản phẩm trên băng truyền di chuyển
khá khít nhau vì vậy rất dễ sảy ra hiện tượng đếm kép, đép thiếu và tối ưu nhất
trong việc chống các nhiễu tác động trong sản xuất công nhiệp như tiếng ồn, nguồn
sáng khác…
3. Việc lập trình cho chương trình đếm và xử lí đếm sản phẩm phải dễ dàng và
dễ dàng thay đổi cho các mục đích khác nhau.
4. Chi phí cho việc lăp đặt một mô hình đếm sản phẩm phải có giá cả phải chăng
nhất.
2.1.2 Đánh giá các mô hình mạch đếm sử dụng sensor các loại, lực chọn
sensor cho yêu cầu bài toán.
Như đã nói ở trên việc lựa chọn cảm biến đầu tiên ta phải quan tâm tới vấn đề độ
nhạy và tránh nhiễu bên cạnh đó cũng phải để ý tới tính chi phí và tính phổ biến
trong ứng dụng của nó.
Hai mô hình cảm biến đã nêu trên là cảm biến quang và cảm biến hồng ngoại.
Trong sản xuất công nghiệp với sự tham gia của các nhân công là con người, con
người trong quá trình lao động rất dễ phát sinh ra các tia hồng ngoại một người thì
sẽ không dáng kể gì gây nhiễu hồng ngoại nhưng nhiều nhiều người sẽ gây ra một
nhiễu đáng kể cho cảm biến lại này vì vậy mà phương pháp tối ưu cho cảm biến là
dùng cảm biến quang nơi đặt cảm biến phải được đặt trong bóng tối, nghĩa là trên
13


dây chuyền sản xuất sẽ thiết kết 1 hòm để che sáng bên ngoài và đặt cảm biến trong
đó. Bên cạnh đó thì cảm biến quang rất dễ làm, linh kiện tìm dễ dàng và chi phí rẻ.
2.1.3 Đánh giá các mô hình sử dụng IC các loại và lựa chọn IC.
Yêu cầu đối với IC điều khiển là lập trình dễ dàng, có thể xuất được dữ liệu hiển
thị trên dải rộng.
Ta nhận xét rằng với những mô hình sử dụng các IC chức năng 74LS90 để chốt

và đếm đối với việc đếm và hiển thị số lượng sản phẩm sẽ sử dụng rất nhiều IC
đếm do đó dẫn đến việc thiết kế mạch gặp rắc rối cũng như chi phí linh kiện sẽ tăng
lên.
Đối với viêc hiện thị dải rộng ta lên lựa chọn việc đếm và hiển thị bằng chip vi
xử lý là tối ưu nhất.
2.1.4 Đánh giá các mô hình hiển thị các loại và chọn cách hiển thị.
Việc hiển thị thông báo trong việc đếm sản phẩm công nghiệp không cần quá
phức tạp do việc hiển thị chỉ là hiển thị số. Do đó mà việc lựa chọn hiển thị bằng
các LED 7 đoạn là tối ưu nhất. Có thể ta sử dụng các led cỡ lớn để hiển thị kết quả.
2.2 Ý tưởng thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp.
2.2.1 Yêu cầu đáp ứng ý tưởng đối với mạch đếm sản phẩm công nghiệp.
Mạch đếm sản phẩm được thiết kế phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
1. Yêu cầu cơ bản của mạch đếm sản phẩm công nghiệp đó là nhận tín hiệu từ
cảm biến, mỗi lần nhận tín hiệu từ cảm biến là phải đưa ra chỉ báo cho phần hiển
thị tăng lên một đơn vị đếm.
2. Các yêu cầu mở rộng của mạch đếm như là: Sử dụng hai hàng Led 7 một hàng
hiển thị kết quả cài đặt số sản phẩm cần đếm cho trước, một hàng Led 7 hiển thị kết
quả số lượng sản phẩm đang đếm. Khi hàng Led hiển thị kết quả với hàng Led cài
đặt số đếm bằng nhau thì led hiển thị kết quả quay trở lại 0 và đếm lại từ đầu.
3. Yêu cầu về động cơ và băng chuyền: Mô hình sử dụng 2 động cơ. Động cơ
chính dùng để tái băng chuyển chính, băng chuyền này hoạt động liên tục khi được
14


cấp nguốn điện. Động cơ phụ dùng để tải băng chuyền phụ đặt vuông góc với băng
chuyền chình. Khi số sản phẩm đếm được bằng với số cài đặt trên Led sau 1-2 s thì
băng chuyền này sẽ hoạt động và chỉ hoạt động trong 1 s với mục đích đưa tất cả
các sản phẩm đã đếm đủ số lượng được cất trong hộp đặt sẵn trên bang chuyền phụ
tới tay công nhân đóng hộp.
2.2.2 Y tưởng thiết kế, lên phương án làm mạch.

Để đáp ứng được yêu cầu trên thì cần phải lên các phương án thiết kế mô hình
của mạch đếm, băng chuyền, vị trí đặt động cơ…
Trong mạch đếm sản phẩm công nghiệp sử dụng 2 hàng LED 7 mỗi hàng Led 7
gồm 3 Led đơn dùng để hiển thị các số trong dải từ 0 đến 999.
Về cảm biến,cảm biến phải được đặt đối diện trên băng chuyền và không được
cao hơn chiều cao của sản phẩm.
Về nguồn điện. Do phải tải băng chuyền hoạt động liên tục, tải băng chuyền sinh
ra công suất lớn do đó mà cần nguồn điện riêng cấp cho động cơ có giá trị lớn hơn
giá trị nguồn điện cấp cho mạch đếm. Việc cấp điện cho động cơ băng chuyền phải
được cấp điện áp 12V.
Việc đặt 2 băng chuyền ráp nhau phải được sắp xếp hợp lý, tính toán theo tốc độ
thực tế của băng chuyền khi dựng lên. Việc này chỉ có thể thực hiện khi dựng xong
mô hình.
Có thể xây dựng thêm phương án truyền số liệu từ mạch đếm lên dữ liệu của
máy tính để lưu trữ số liệu phục vụ cho công tác thu tập dữ liệu về một nguồn duy
nhất.
2.3 Lựa chọn mô hình cho việc thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp
đáp ứng yêu cầu của ý tưởng.
2.3.1 Lựa chọn chíp vi xử lý.
Như đã nêu trên thì việc chọn lưa mô hình đếm bằng vi xử lý sẽ giúp việc thiết
mạch đếm sản phẩm bớt rắc rối hơn và hiện thị được trên dải rộng. Một số ưu điểm
15


của họ ATMEGA và cụ thể là ATMEGA8 sẽ giúp cho việc viết chương trình cho
mạch trở nên dễ dàng hơn.
2.3.1.1 Một số đặc điểm của chíp vi xử lý ATMEGA8:
Chíp vi xử lý ATMEGA8 là 1 chíp vi xử lý độ dài dữ liệu 8 bit được sản xuất bởi
AMTEL với một số đặc điểm sau:
- Tốc độ tối xử lý tối đa: 16MHz.

- Khả năng lưu trữ của bộ nhớ FLash: 8 KB.
- Độ rộng của bộ nhớ EEPROM: 512 Byte.
- Dung lượng của bộ nhớ RAM: 1 KB.
- Bao gồm 3 timer 2 timer 8 bit và 1 timer 16 bit
- Chế độ chuyển đổi ADC: 6 kênh độ phân giải tối đa 10 bit.
- Hỗ trợ Giao tiếp: TWI (I2C), UART, SPI
- Điện áp hoạt động:
Atmega8L: 2.7V – 5.5V.
Atmega8: 4.5V – 5.5V.
2.3.1.2 Tổ chức bên trong của chip vi xử lý ATMEGA8.
Bộ nhớ chương trình: Là bộ nhớ có khả năng ghi và xoá được bằng điện do đó
nó có khả năng lập trình. Bộ nhớ chương trình gồm 1 phần là các Application
section. Application section bao gồm 2 phần: một là các instruction (đây là nơi
chứa các mã lệnh) và hai là các vector ngắt (interrupt vector), các vector ngắt có địa
chỉ nằm ở phần đầu Application section (0x0000), các instruction có địa chỉ ngay
sát sau.
Bộ nhớ dữ liệu (datamemory): Ở đây bao gồm các thanh ghi với chức năng rất
quan trọng của chip ATMEGA8 dùng cho công cuộc lập trình.
Bộ nhớ dữ liệu gồm có các phần chính sau:
Thanh ghi Register file (RF):Trong ATMEGA8 bao gồm có 32 thanh ghi RF,
thanh ghi RF có độ dài 8 bít bắt đầu từ địa chỉ 0x0000 đến 0x001F.
16


Thanh ghi xuất nhập(I/O Register): Bao gồm 64 thanh ghi xuất nhập nằm ngay
sau register file còn được gọi là vùng nhớ Input/Output đây là cổng giao tiếp giữa
vi điều khiển và bộ nhớ ngoài (Memory) và thiết bị ngoại vi(I/0) và cũng là nơi là
nơi chứa tất cả các thanh ghi trạng thái, thanh ghi điều khiển của bộ vi xử lý.
RAM ngoại (external SRAM): RAM ngoại là bộ nhớ tạm thời lập trình được
chip ATMEGA8 cho ta có thể thêm các RAM ngoài để chứa biến, vùng này thực

chất chỉ tồn tại khi nào ta gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip.
EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) : là một phần quan
trọng của các chip ATMEGA8 mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay
cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ
dữ liệu.
Thanh ghi Trạng thái: Thanh ghi này trong vùng nhớ I/O có địa chỉ I/O là
0x003F và địa chỉ bộ nhớ là 0x005F là một trong số các thanh ghi quan trọng nhất
của ATMEGA8.
2.3.1.3 Timer/Couter trên chip ATMEGA8.
Timer/Counter (T/C) hoạt động riêng rẽ không liên quan gì đến với CPU. T/C có
chức năng là nó sẽ tạo ta 1 khoảng thời gian và bắt đầu đếm nó. Trong Chíp
ATMEGA 8 có 3 bộ đếm định thời đó là T/C0, T/C1, T/C2. Trong đó T/C0 và
T/C2 có độ dài 8 bít, T/C1 có độ dài 16 bít. Mỗi một Timer/Couter có cách hoạt
động và phương pháp điều khiển riêng không giống nhau.
Timer/Counter 0 (T/C0): T/C0 là bộ đếm khá đơn giản, đơn giản nhất trong số 3
bộ đếm. Nó có độ dài 8 bít và chỉ có một chế độ hoạt động bao gồm 2 chức năng cơ
bản đó là tạo 1 khoảng thời gian cho trước và bắt đầu đếm sự kiện.
Timer/Counter1 (T/C1): T/C1 là bộ đếm phức tạp có độ rộng 16 Bit với nhiều
chức năng nhất trong số 3 bộ đếm của ATMEGA8 . Ngoài chức năng cơ bản là tạo
1 khoảng thời gian và đếm nó như T/C0, bộ T/C 1 này còn được dùng trong việc
tạo ra xung điều rộng PWM dùng trong các mạch có khiển động cơ bước. Tín hiệu
PWM được lấy trên các chân OC1A (chân 15) và OC1B (chân 16) .
17