hiển thị nhiệt độ dùng lm35 và 89s52

NHÂN XET CUA GIAO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
Ngày … tháng … năm 2017

Chư ky giáo viên

1


LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam ta ngày một phát triển và giàu mạnh. Một trong những thay đổi đáng
kể là Việt Nam đã gia nhập WTO, một bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước, để
chúng ta-con người Việt có cơ hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt

là về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện Tử nói riêng.
Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi không ngừng thì chúng ta sẽ sớm
lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi. Nhìn ra được điều đó Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật Hưng Yên đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao. Để
tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và khoa Điện-Điện Tử
nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm các Đồ Án Môn Học nhằm tạo nên tảng vững
chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm.
Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản
phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ
điện tử, ti vi ... nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn.Đề tài ứng
dụng vi điều khiển trong đời sống thực tế rất phong phú và đa dạng nhằm đáp ứng cho
cuộc sống tiện nghi của con người.Với mục đích tìm hiểu và đáp ứng những yêu cầu
trên chúng em đã lựa chọn một đề tài có tính ứng dụng trong thực tế, nhưng không
quá xa lạ đối với mọi người, đó là: “ Thiết kế mạch đo và hiển thị nhiệt độ dùng
lm35 ”.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp m ột s ố v ướng m ắc
về ly thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm. Tuy nhiên chúng em đã
được sự giải đáp và hướng dẫn tận tình của thầy Trần Ngọc Thái, sự góp y kiến
của các bạn trong lớp. Được như vậy chúng em xin chân thành c ảm ơn và mong
muốn nhận được nhiều hơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cô và các bạn trong đ ồ
án sau này.
`

Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
1. Dương Đình Hung
2.Nguyên Đưc Khang

Mục lục
Lời mở đầu…………………………………………………………………2

2


CHƯƠNG I: Tổng quan về đề tài
1.1 Đặt vấn đề………………………………………………………………5
1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ…………………………………………..5
1.3 Nhiệm vụ thiết kế……………………………………………………….6
1.4 Mục đích đề tài………………………………………………………….7
1.5 Ý nghĩa đề tài……………………………………………………………7
CHƯƠNG II: Cơ sở lý thuyết
2.1 Giới thiệu chung về AT89C51………………………………………………..8
2.1.1 Cấu trúc chung bộ VĐK 80C51…………………………………………...9
2.1.1.2 Sơ đồ khối……………………………………………………………….9
2.1.1.3 Sơ đồ chân tín hiệu………………………………………………………10

2.1.2 Các thanh ghi………………………………………………………….13
2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt lm 35………………………………………14
2.3 Giới thiệu về ADC 0804…………………………………………………16
2.4 Giới thiệt về LCD………………………………………………………..19
2.4.1 Hình dáng và cấu tạo………………………………………………….20
2.4.2 Chức năng các chân…………………………………………………...20
CHƯƠNG III: Thiết kế và thi công mạch
3.1 Sơ đồ khối………………………………………………………………...22
3.2 Chức năng từng khối……………………………………………………...23
3.3 Quá trình đo nhiệt độ……………………………………………………...26
3.4 Sơ đồ nguyên lí và nguyên lí hoạt động của mạch……………………….26
3.4.1 Sơ đồ nguyên lí………………………………………………………...26
3.4.2 Nguyên lí hoạt động……………………………………………………28
3.4.3 Sơ đồ board mạch……………………………………………………...28
3.5 Lưu đồ thuật toán…………………………………………………………30

3.5.1 Chương trình………………………………………………………….31
CHƯƠNG IIII: Kết luận
4.1 Ưu điểm…………………………………………………………………..34
4.2 Nhược điểm………………………………………………………………34
4.3 Tính thực tế của sản phẩm đã thiết kế……………………………………34
4.4 Hướng cải tiếng và phát triển……………………………………………34

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý được quan tâm nhiều nhất. Bởi vì
nhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất. Một trong những đặc
điểm tác động của nhiệt độ là làm thay đổi một cách liên tục các đại lượng chịu sự ảnh
hưởng của nó,ví dụ như áp suất ,thể tích của một chất khí . Bởi vậy, trong các nghiên
cứu khoa học , trong công nghiệp và đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ là điều rất
cần thiết. Tuy nhiên, để đo được trị số chính xác của nhiệt độ lại là vấn đề không đơn
giản.
Cùng với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ vi xử lý, việc đo nhiệt độ
áp dụng vi xử lý, vi điều khiển đã mở ra nhiều hướng, đưa đến nhiều phương pháp
khác nhau, linh hoạt và chính xác hơn. Có nhiều cách để đo nhiệt độ, trong đó có thể
liệt kê một số phương pháp sau đây:
- Phương pháp quang dựa trên sự phân bố bức xạ nhiệt do dao động
-Phương pháp quang dựa trên sự phân bố bức xạ nhiệt do dao động nhiệt (do
hiệu ứng Doppler).
-Phương pháp cơ dựa trên sự dãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc khí (với áp
suất không đổi ) hoặc dựa trên tốc độ âm.
-Phương pháp dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Sêbeck,
hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh.

4


1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
Trước tiên nói về các cảm biến nhiệt độ,đó là các cảm biến được sử dụng vào các
quá trình nhiệt như: đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt v..v... Đại lượng vào của cảm
biến nhiệt độ là nhiệt độ và đại lượng ra là tín hiệu điện (dòng,áp).Một số cảm biến
thường sử dụng:
+Nhiệt điện trở : Nguyên lý làm việc là có điện trở thay đổi theo sự thay đổi
nhiệt độ của nó.Tuỳ theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổi
người ta phân ra: Nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng.

• Nhiệt điện trở đốt nóng,dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ
của nó tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường(100°C -800°C)
nên có sự toả nhiệt ra môi trường xung quanh, như nhiệt dẫn,
đối lưu, bức xạ .

• Nhiệt điện trở không đốt nóng, dòng điện chạy qua rất nhỏ
không làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhệt độ của nó bằng
nhiệt độ môi trường. Nhiệt điện trở loại này dùng để đo nhiệt độ
và các đại lượng cơ học như đo di chuyển.
Nhiệt điện trở phân làm hai loại: Nhiệt điện trở dây(nhiệt điện trở đồng,nhiệt điện trở
Platin, nhiệt điện trở Niken) và nhiệt điện trở bán dẫn.
+Cặp nhiệt điện:Nguyên lý làm việc dựa trên 2 hiệu ứng:Thomson và Seebek
ứng dụng của cặp nhiệt điện chủ yếu để đo nhiệt độ, ngoài ra nó còn dược dùng để đo
các đại lượng không điện và điện khác như: đo dòng điện ở tần số cao,đo hướng
chuyển động và lưu ượng của các dòng chảy, đo di chuyển , đo áp suất nhỏ
+Cảm biến nhiệt độ dùng đặc tính diode và tranzitor.
Đo nhiệt độ là nhiệm vụ thường gặp trong các ngành nhiệt học, hoá học ,luyện

kim...Tuỳ theo nhiệt độ đo mà có thể dùng các phương pháp đo khác nhau.Thông
thường nhiệt độ đo được chia thành 3 giải : Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt
độ cao.ở nhiệt độ trung bình và thấp, phương pháp đo thường là tiếp xúc nghĩa là các
chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo. Đối với nhiệt độ cao,đo bằng
phương pháp không tiếp xúc, nghĩa là dụng cụ đo đặt ngoài môi trường đo.

5


Một trong số những cách đó là đo nhiệt độ không tiếp xúc sử dụng cảm biến
LM35

1.3 Nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế hệ bộ VXL đo nhiệt độ sử dụng VĐK89C51 và cảm biến LM35 giải
quyết những vấn đề sau:
- Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 0oC-100oC và hiển thị.
- Viết chương trình phần mềm giải quyết những vấn đề trên.

1.4 Mục đích đề tài
Khi nghiên cứu đồ án này chúng em đã:
Hiểu được cách thức và chế độ hoạt động của VĐK AT89C51
Hiểu được cách thức hoạt động của cảm biến nhiệt độ LM 35.
Thiết kế, chế tạo được mạch đo nhiệt độdùng AT89C51
1.5 Ý nghĩa đề tài
+ Ý nghĩa lý luận:

Toàn bộ chương trình và bản thuyết minh của đề tài sẽ trở thành tài liệu
nghiên cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên, những
người thích tìm hiểu về đề tài này của chúng em.
+ Ý nghĩa thực tiễn:

Với sự thành công của đề tài sẽ góp phần giúp cho các bạn sinh viên mới
nói chung và các bạn sinh viên khoa Đ-ĐT nói riêng thấy rõ được ý nghĩa thực
tế và thêm yêu thích chuyên ngành mình đã chọn

6


CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu về chung AT89C51

AT9C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chíp CMOS có hiệu suất cao,công

suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được l ập
trình được. Chip này được sản xuất dựa vào công ngh ệ bộ nh ớ không m ất
nội dung có độ tích hợp cao của Atmel.
Chip AT89C51 cũng tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công
nghiệp MCS-51. Flash trên chip này cho phép bộ nhớ chương trình được lập
trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung qui
ước. Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip đơn
thể, Atmel 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có
hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển.
AT89C51 có các đặc trưng sau: 4Kbyte Flash, 128 byte Ram, 32 đường
xuất nhập, hai bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên và 5
nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung
clock trên chip.
Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:
- 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghixoá
- Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz
- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/counter 16 Bit
- 128 Byte RAM nội.
- 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
- Giao tiếp nối tiếp
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.
2.1.1 Cấu trúc chung bộ VĐK 80C51
2.1.1.2 Sơ đồ khối
7


2.1.1.3 Sơ đồ chân tín hiệu

8


Chức năng của các chân tín hiệu như sau:
- P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0
- P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1
- P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2
- P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3
- RxD (Pin 10 - P3.0): Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.
- TxD (Pin 11 - P3.1): Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.
- /INT0 (Pin 12 - P3.2): Ngắt ngoài 0.
- /INT1(Pin 13 - P3.3): Ngắt ngoài 1.
- T0 (Pin 14 - P3.4): Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0.
- T1(Pin 15 - P3.5): Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1.
- /Wr (Pin 16 - P3.6): Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài.
- /Rd (Pin 17 - P3.7): Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài.
- RST (Pin 9): Chân vào Reset, tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2

chu kỳ máy.
- XTAL1(Pin 19): Chân vào mạch khuếch đaị dao động
- XTAL2 (Pin 18): Chân ra từ mạch khuếch đaị dao động.
- /PSEN (Pin 29): Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM
ngoài)
Mô tả chức năng một số chân quan trọng:
- Vcc: Chân cung cấp điện.
- GND: Chân nối đất.
9


- Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở. Port 0 còn được cấu
hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy
xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận
các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm
tra chương trình.
- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên
trong. Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được
kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng
như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 1
đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có
các điện trở kéo lên bên trong.
 Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên
trong. Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được
sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port
2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có
các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong
thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và trong thời gian truy
xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
 Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.

Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên
mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là
các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 3 đang được
kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở
kéo lên bên trong. Port 3 còn được sử dụng làm các chức năng khác của
AT89C51
 RST: Ngõ vào Reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi
bộ dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89C51.
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
10


máy ( tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz ).
 ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch
Enable) cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ
ngoài. Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (

PROG

) trong

thời gian lập trình cho Flash.
Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng
1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục
đích định thời từ bên ngoài và tạo xung Clock. Tuy nhiên cần lưu ý là một
xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì truy xuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá
bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h).
Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX

hoặc MOVC. Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mức cao. Việc set bit
không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng
nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài.
 XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào
đến mạch tạo xung Clock bên trong chip.
 XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động.

Thạch anh dao động tần số 12 Mhz

11


Hình 1.1 kết nối của mạch dao động
2.1.2 Các thanh ghi

Thanh ghi

Nội dung

Bộ đếm chương trình (Program couter- PC)

0000h

Accumulator (A)

00h

B register (B)

00h

PSW (Thanh ghi trạng thái chương trình)

00h

SP (Stack pointer – Thanh ghi ngăn xếp)

07h

DPTR (Con trỏ dữ liệu)

0000h

All ports (Các port P0,1,2,3)

FFh

IP (Thanh ghi ưu tiên ngắt)

XXX00000b

IE (Thanh ghi điều khiển ngắt )

0XX00000b

All timer registers ( tất cả các thanh ghi của bộ

00h

định thời )

SCON

00h

SBUF

00h

PCON (HMOS)

0XXXXXXXb
12


PCON (CMOS)

0XXX0000b

2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt LM35
LM35 là họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến
tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Họ cảm biến này cũng không yêu cầu căn
chỉnh ngoài vì vốn nó đã được căn chỉnh

Hình 1.2

Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35
LM35 là cảm biến nhiệt độ analog ,nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu
điện thế ngõ ra của LM35
Đơn vị nhiệt độ : 0C
Có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo 0C ( 10 mV/0C)

Có hiệu năng cao,công suất tiêu thụ là 60 uA
Sản phẩm không cần phải căn chỉnh nhiệt đội khi sử dụng
Độ chính xác thực tế : 1/4 0C ở nhiệt độ phòng và ¾ 0C ở ngoài khoảng -55 0C
tới 150 0C.
Chân + Vs (1) là chân cung cấp điện áp cho LM 35 DZ hoạt động từ 4 – 20V
Chân Vout ( 2) là chân điện áp đầu ra LM35 được đưa vào chân Analog của các
bộ ADC.
Chân GND là chân nối mass: Chân này này tránh hỏng cảm biến cũng như làm
giảm sai số quá trình đo
Lm35 – Dải nhiệt độ từ -50 c đến + 150 c

-Độ chính xác +1.5 c
-Đầu ra 10 Mv/F
Một số thông số chính của cảm biến đo nhiệt độ LM35:

13


Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà đi ện
áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng
không yêu cầu cânchỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh.
Đặc điểm chính của cảm biến LM35:
+Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V.
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/°C.
+ Độ chính xác cao ở 25 C° là 0.5° C.
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải.
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 °C - 150° C v ới các m ưc đi ện áp ra
khác nhau.Xét một số mưc điện áp sau :
- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550Mv.
- Nhiệt độ 25° C điện áp đầu ra 250mV.

- Nhiệt độ 150°C điện áp đầu ra 1500mV.
Tuy theo cách mắc của LM35 để ta đo các gi ải nhi ệt đ ộ phu h ợp. Đ ối v ới h ệ
thống này thì đo từ 0°Cđến 150°C
* Phối hợp tín hiệu và nối ghép LM35 với 80C51
Phối hợp tín hiệu là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thu
nhận dữ liệu. Hầu hết các bộ cảm biến đều đưa ra tín hiệu dạng điện áp, dòng điện,
dung kháng hoặc trở kháng. Tuy nhiên, chúng ta cần chuyển đổi các tín hiệu này về
điện áp để đưa đến đầu vào của bộ chuyển đổi ADC. Sự chuyển đổi (biến đổi) này
được gọi chung là phối hợp tín hiệu.

Nhiệt độ

Bảng 1.4Nhiệt độ và
Phối hợp tín

Vin (mV)
Vout (D7 – D0)

(oC)
0

0

0000 0000

1

10

0000 0001

2

20

0000 0010

3

30

0000 0011

10

100

0000 1010

30

300

0001 1110

Vout của ADC804
hiệu có thể là

chuyển dòng điện thành điệa áp hoặc khuyếch đại tín hiệu. Ví dụ, bộ cảm biến nhiệt
thay đổi trở kháng theo nhiệt độ. Sự thay đổi trở kháng cần được chuyển thành điện áp

để các bộ ADC có thể sử dụng được. Xét trường hợp nối LM35 tới ADC0804. Vì

14


ADC0804 có độ phân dải 8 bit với tối đa có 256 mức (2 8), và LM35 (hoặc ML34) tạo
ra điện áp 10mV.
2.3 Giới thiệu về ADC 0804
Các bộ chuyển đổi ADC được sử dụng hết sưc rộng rãi. Máy tính số làm vi ệc trên
các giá trị nhị phân, tuy nhiên, trong thực tế, các đại l ượng vật ly đ ều ở d ạng
tương tự (liên tục). Nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, tốc độ... là một trong nhưng d ại

lượng vật ly của thế giới thực mà ta thường gặp hàng ngày. Một đại l ượng vật ly
được chuyển về dòng điện hoặc điện áp qua một thiết bị được gọi là bộ bi ến
dổi. Bộ biến đổi cũng có thể được xem là bộ cảm biến. Mặc du chỉ có các bộ cảm
biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng và nhiều đại lượng tự nhiên khác, nh ưng
chúng đều có một điểm chung là cho ra các tín hi ệu dòng đi ện ho ặc đi ện áp ở
dạng liên tục. Do vậy, cần một bộ chuyển đổi tưorng tự số để b ộ vi đi ều khi ển
có thể đọc được chúng. Chip ADC được sử dụng rộng rãi hiện nay đó là ADC804.
Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng
National Semiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác s ản xu ất. Chip có
diện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân gi ải thì th ời gian chuy ển
dổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Th ời gian chuy ển đ ổi
được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tưorng t ự
thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thu ộc vào
tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé h ơn 1 lOps. Các
chân của ADC0804 có chưc năng.

Hình 1.3 Sơ đồ các chân của ADC 0804

15


- CS(Chip Select) - chọn chip
Là chân chọn chip, đầu vào tích cực mưc thấp được sử dụng để kích hoạt
chip ADC804. Để truy cập ADC804 thì chân này phải ở mưc thấp.
- RD (Read) - đọc
Đây là một tín hiệu vào, tích cực mưc thấp. Các bộ ADC chuy ển đổi đ ầu vào
tương tự thành số nhị phân và giư nó ở một thanh ghi trong. RD được sử dụng
để có dư liệu được đã chuyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS=0 nếu có một
xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dư li ệu ra dạng.s ố 8 bít đ ược đ ưa tới
các chân dư liệu D0 - D7. Chân RD còn được coi là cho phép đầu ra.
- WR (Wtite) - ghi
Thực ra, tên chính xác là “Bắt đầu chuy ển đổi”. Đây là chân vào tích cực mưc
thấp được dung để báo cho ADC0804 bắt đầu quá trình chuy ển đổi. N ếu CS=0
khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu ti ến hành chuy ển
đổi giá trị đầu vào tương tự VIN về số nhị phân 8 bit. Lượng thời gian cần thiết
để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R. Khi
việc chuyển đổi dư liệu được hoàn tất thì chân INTR được ADC0804 hạ xuống
thấp.
- C L K i nv à C L Kr
CLK IN là chân vào, nối tới đồng hồ ngoài khi đồng h ồ ngoài đ ược s ử d ụng
để tạo thời gian. Tuy nhiên, 804 cũng có một bộ tạo xung đ ồng h ồ trên chip. Đ ể
dung đồnghồ trong (cũng còn được gọi là đồng hồ riêng) của 0804 thì các chân
CLKin và CLKr được nối tới một tụ điện và một điện tr ở như chỉ ra ở hình 1.3.
Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng bi ểu thưc:
f=
Giá trị thông thường của các đại lượng trên là R = l0kQ, C= 150pF và tần sô' nhận
được là f = 606kHz, còn thời gian chuyển đổi sẽ là 1 l0ps.

16


Hình 1.4 Kiểm tra ADC0804 ở chế độ chạy tự do
- Ngắt INTR (Interrupt)
Ngắt hay còn gọi là “kết thúc việc chuyển đổi’. Đây là chân ra tích c ực m ưc
thấp. Bình thường, chân này ở trạng thái cao và khi việc chuy ển đ ổi hoàn t ất thì
nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dư liệu được chuy ển đổi đã s ẩn sàng đ ể
lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt cs = 0 và gửi m ột xung cao xu ống th ấp
tới chân RD để đưa dư liệu ra.
- Vin (+) và Vin (-)
Đây là hai đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin= Vin (+) - Vin (-). Thông
thường vin(-) được nối xuống đất và vin(+) được dung làm đầu vào tương tự và sẽ
được chuyển đổi về dạng số.
- Vcc
Là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dung làm đi ện áp tham chi ếu
khi đầu vào Vref/2 (chân 9) để hở.
- Vref/2
Chân 9 là điện áp đầu vào được dung làm điện áp tham chi ếu. N ếu chân
này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 n ằm trong
dải 0 đến +5V (giống như chân Vcc). Tuy nhiên, có nhiều ưng dụng mà đầu vào
tương tự áp đến Vin khác với dải 0 đến 5V. Chân V rcf/2 được dung để thực hiện
các điện áp đầu vào có dải khác với 0 - 5V. Ví d ụ, n ếu d ải đ ầu vào t ương t ự c ần
biến đổi từ 0 đến 4V thì Vrcf/2 được nối với +2V.
Ta có tóm tắt các bước khi ADC0804 thực hiện chuyển đổi dư liệu là:
- Bật CS= 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuy ển
đổi.

17

- Duy trì kiểm tra chân INTR. Nếu INTR xuống th ấp thì vi ệc chuy ển đ ổi
được hoàn tất và có thể chuyển sang bước tiếp theo. Nếu INTR còn ở mưc cao
thì tiếp tục thăm dò cho đến khi nó xuống thấp.
- Sau khi chân INTR xuống thấp, bật CS= 0 và gửi một xung cao xuống thấp
đến chân RD để nhận dư liệu từ chip ADC0804.
2.4 Giới thiệu về LCD
2.4.1 Hình dáng và cấu tạo

Có rất nhiều loại LCD được sử dụng trong nhiều ứng dụng của vi điều
khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: nó có khả năng
hiển thi kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số, kí tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch
ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn ít tài nguyên hệ thống và
giá thành rẻ...
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau.

Hình 1.5. Hình dạng LCD thông dụng
2.4.2 Chức năng các chân

18


Chân Ký

Mô tả

hiệu
1

Vss

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển

2

VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này
với VCC=5V của mạch điều khiển

3

VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.

4

RS

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với
logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của
LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ
của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR
bên trong LCD.

5

R/W

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với

logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic
“1” để LCD ở chế độ đọc.

6

E

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung
cho phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển
vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một
xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi
phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được
LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

7 - 14 DB0
DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với
MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit
MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4
tới DB7, bit MSB là DB7

15

-

Nguồn dương cho đèn nền

16

-

GND cho đèn nền

19


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI VÀ
THI CÔNG
3.1 Sơ đồ khối

Khối
Điều Khiển

Khối
Cảm Biến

Khối Nguồn

Khối
Hiển Thị

Khối Chuyển
Đổi ADC

20


3.2 Chức năng từng khối
- Khối nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ mạch điện.
Nguồn nuôi thường duy trì ổn định ở mức +5V. Do yêu cầu cao của hệ thống các
nguồn nuôi thường được chế tạo một cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, và tính ổn
định cao.

-Khối cảm biến: Hoạt động của LM35(chuyển tín hiệu nhiệt độ thành điện áp

tương tự)

Cảm biến cho điện áp ra thay đổi theo nhiệt đ ộ đ ầu vào t ừ -50 oC đến 150oC.

Sự thay đổi của điện áp ra sẽ qua mạch đo x ử ly đ ể đ ược giá tr ị hi ển th ị. Chân 3
là GND,chân 2 là Vout,chân 1 là Vcc. Dư li ệu chân 2 sẽ đ ược đ ưa vào b ộ đ ọc và
chuyển đổi ADC được tích hợp trong bộ xử ly thông qua kênh AN1

21


-Khối chuyển đổi ADC
ADC 0804 với đọ phân dải 8 bit có chưc năng chuy ển đổi từ tương tự sang s ố
giúp vi xử ly có thể đọc và xuất ra nhưng tín hiệu tương ưng từ LM35

22


Khối xử ly và hiển thị:

Chưc năng là chuyển tín hiệu số từ ADC 0804 vào AT89C51 để hiển thị ra
LCD

3.3 Quá trình đo nhiệt độ
Quy trình đo

23


Đối

Cảm

Chuyển

Xử

Hiển

Tượng

Biến

Đổi ADC

Lí

Thị

Cần Đo

3.4 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của mạch
3.4.1 Sơ đồ nguyên lí

3.4.2 Nguyên lí hoạt động
Cấp nguồn 5V cho toàn mạch. LM35 cảm biến nhiệt độ từ môi trường từ -55
đến 150OC xuất ra điện áp từ chân 2 được nối vào ADC0804 thực hi ện quá trình
chuyển đổi từ tương tự sang số quá trình chuyển đổi được thực hiện như sau:
Chân điều khiển CS là chân chọn chip cho xuống 0, tạo xung WR b ắt đầu chuy ển

24


đổi (tưc là WR =0 kéo lên mưc 1) ADC bắt đầu chuy ển đổi .INTR sẽ kéo xu ống
mưc 0, vi xử ly AT89C51 đọc INTR, đọc chân INRT chuy ển đổi xong hay
chưa.Tiến hành đọc bằng cách ghi mưc 0 ra RD đọc giá trị từ bit ngõ ra t ừ DB0
=>DB7 kéo RD lên mưc 1 kết thúc chương trình đọc và ghi dư liệu ra 89c51.
AT89C51 hoạt động với chân 9 được nối với mạch reset, khi nh ấn RST thì vi
điều khiển sẽ được khởi động lại từ đầu.Chân 18, 19 được nối với thạch anh với
nhiệm vụ tạo dao động cho vi điều khi ển.Cổng P1có nhiệm v ụ đ ọc nhi ệt đ ộ đo
được từ ADC, từ P1.0 => P1.7 là chân giao tiếp dư liệu với ADC.Cổng P3, từP3.4
đến P3.7 là chân có nhiệm vụ điều khiển chuyển đổi số-tương tự.C ổng p0 từ
p0.0 đến p0.7 được nối với LCD.LCD sẽ được hiển thị bởi tín hiệu được truy ền
từ 89C51.

3.4.3 Sơ đồ board mạch

25