Đề tài Thiết kế mạch đếm sản phẩm bằng nút ấn hiển thị trên led 7 đoạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 2

Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM
BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

Khoa:

CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn :

Phan Tròn

Sinh viên thực hiện

Trương Quang Thông

MSSV: 1411050210

:
Lớp:

14DTD02

TP. Hồ Chí Minh, <tháng … năm ……..>

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Đề số: ………

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN
THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN
1. Họ và tên sinh viên:

Trương Quang Thông.................................. MSSV: 1411050210....... Lớp: 14DTD02
.....................................................................
2. Tên đề tài : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ
TRÊN LED 7 ĐOẠN
3. Các dữ liệu ban đầu :
- Sử dụng IC PIC 16F877A, BUTTON, và 2 LED 7 đoạn
-

Nguyên lý sử dụng PIC 16F877A

-

Nguyên lý sử dụng LED 7 đoạn

Sơ đô chân PIC 16F877A và LED 7 đoạn
........................................................................................................................................
-

4. Nội dung nhiệm vụ : Nghiên cứu, thiết kế và thi công mạch Đếm Sản Phẩm Sử

Dụng nút nhấn hiển thị led 7 đoạn
Yêu cầu khi nhấn nút ấn BUTTON giá trị hiển thị của LED 7 đoạn phải nhảy lên
một đơn vị có giá trị từ 00 đên 99
........................................................................................................................................
5. Kết quả tối thiểu phải có:

1) Thiết kế sơ đồ nguyên lý vẽ mạch in.
2) Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch.
3) Mạch hoạt động tốt.
Ngày giao đề tài: ……./……../……… Ngày nộp báo cáo: ……./……../………
TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….
Sinh viên thực hiện

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: …………………………………
Họ và tên SV: ………………………………………
MSSV:……………………Lớp:……………………
Tuần
1
Ca.....................

Ngày.....................
2
Ca.....................
Ngày.....................
3
Ca.....................
Ngày.....................
4
Ca.....................
Ngày.....................
5
Ca.....................
Ngày.....................
6
Ca.....................
Ngày.....................
7
Ca.....................
Ngày.....................
8
Ca.....................
Ngày.....................
9
Ca.....................
Ngày.....................
10
Ca.....................
Ngày.....................

Nội dung hướng dẫn

Nội dung thực hiện

Ký tên


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa đó
khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiều
phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự
phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm như
sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định. Là những yếu tố cần
thiết làm cho hoạt động con người đạt hiệu quả cao.
Việc sản suất hàng loạt sản phẩm với số lượng lớn đòi hỏi con người cần có công cụ
cần thiết để kiểm soát số lượng sản phẩm. Chính vì vậy em đã chọn đề tài “MẠCH
ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN”.
Nội dung báo cáo này gồm 5 chương :
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH
CHƯƠNG 4: THI CÔNG-KẾT QUẢ THỰC HIỆN
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
Mặc dù rất cố gắng hoàn thành bài báo cáo này nhưng vẫn không tránh khỏi thiếu sót
mong quý thầy, cô và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án có thể hoàn thiện hơn.

LỜI CẢM ƠN
e&f
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Tròn người đã nhiệt tình hướng
dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án này để em được hoàn thành với
thời gian sớm nhất và hoàn chỉnh nhất.

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(cỡ chữ 14pt, in đậm, viết hoa, đặt ở giữa)
Giáo viên hướng dẫn : Phan Tròn
Họ và tên sinh viên

: Trương Quang Thông

Lớp

: 14DTD02

MSSV

:1411050210

Tên đề tài
: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT
ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

................................................................................................................................................

Điểm đánh giá : ......................Xếp loại : ....................................................

TP Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2016

Giáo viên hướng dẫn
(ký tên và ghi rõ họ tên)


BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(cỡ chữ 14pt, in đậm, viết hoa, đặt ở giữa)
Giáo viên phản biện

:..................................................................................

Họ và tên sinh viên

: Trương Quang Thông

Lớp

: 14DTD02

MSSV

: 1411050210

Tên đề tài
: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT
ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

Điểm đánh giá : ......................Xếp loại : ....................................................

TP Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2016

Giáo viên phản biện
(ký tên và ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ
thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Do đó chúng ta phải nắm
bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa
học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Trong quá trình sản xuất thì nhiều khâu được tự động hóa. Một trong những
khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra
được đếm một cách tự động.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn
toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử
dụng nhân công.
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:
Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của em, em muốn làm một điều gì
nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép
tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao.
Nên em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế và
nó thật sự rất có ý nghĩa đối với em vì đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã
hội.
3.

NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
Đề tài được chọn là mạch đếm sản phẩm sữ dụng nút nhất và hiển thị trên LED 7
đoạn. tác dụng là giảm bớt khó khăn khi quản lý số lượng sản phẩm khi sản xuất

4.

với số lượng lớn.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Sử dụng các kiến thức đã học ở các môn kỹ thuật số và vi điều khiển điện tử 1 để

vẽ sơ đồ nguyên lý.
Sử dụng phần mềm protues 8.6 để mô phỏng và thiết kế mạch in.
8


Sử dụng phần mềm CCS để lập trình code cho PIC 16F877A.
Sử dùng phần mềm PICKIT2 để nạp code cho PIC 16F877A
5.

KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:
Đồ án gồm có 5 chương chính:
- TỔNG QUANG VỀ ĐỀ TÀI
- CỞ SỞ LÝ THUYẾT
- TÍNH TOÁN THIẾT KÊT
- THI CÔNG MÔ HÌNH ( MÔ PHỎNG)
- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

9


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Vi điều khiển PIC16F877A
PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ
nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A
như sau:
-

8 K Flash ROM.

-

368 Bytes RAM.

-

256 Bytes EEPROM.

-

5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.

-

2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2).

-

Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng
lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.

-

2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM).

-

1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào.

-

2 bộ so sánh tương tự (Compartor).

-

1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).

-

Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển.

-

Một cổng nối tiếp.

-

15 nguồn ngắt.

-

Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming)

-

Được chế tạo bằng công nghệ CMOS

-

35 tập lệnh có độ dài 14 bits.

-

Tần số hoạt động tối đa 20MHz.

10


PIC là một họ vi điều khiển RISC của MICROCHIP
PIC: Programmable Intelligent Computer

Hình 2.1.2 Sơ đồ cơ cấu PIC16F877A

Bảng 2.1 Một số đặc tính của vi điều khiển PIC16F877A

11


Hình 2.1.2 PIC16F877A

12


 Điều kiện hoạt động:
•

VDD: 5VDC

•

RESET: tích cực mức thấp

•

Thạch anh 4/8/12/20 MHz

•

Cổng ghi chương trình: JTAG

Hình 2.1.3 Điều kiện hoạt động của PIC16F877A

13


 Cấu trúc I/O: dòng IL và IH là 25mA

Hình 2.1.4 Cấu trúc I/O

2.2. LED 7 Đoạn
2.2.1. Giới thiệu LED 7 đoạn.
Có thể hiểu một cách vô cùng đơn giản về LED 7 đoạn như sau:
-

LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất phổ
dụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất.

-

Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau , vì vậy mà

có tên là LED 7 đoạn là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thị
được các số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn
dùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm (dot) . Các led đơn lần lượt được gọi
tên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm dot (DP).

-

8 led đơn trên led 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nối
chung với nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch
điện. 7 cực còn lại trên mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trên led đơn ở góc
dưới, bên phải của led 7 đoạn được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho
led sáng tắt theo ý muốn.

-

Nếu led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các
chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng
khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0.

14


-

Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống
Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của
các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.

Hình 2.2. Sơ đồ đơn giản của chân led 7 đoạn

15


2.2.2. Mã led 7 thanh.
- Mã LED 7 đoạn có Anode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Cathode
của LED đơn đó mức 0. Từ đó ta có bảng giải mã LED 7 đoạn Anode chung như
sau:

Hình 2.3 bảng mã led 7 đoạn Anode
chung

16


- Mã LED 7 đoạn Cathode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Anode của
LED đơn đó mức 1. Từ đó ta có bảng giãi mã LED 7 đoạn Cathode chung như sau:

Hình 2.4 Mã LED 7 đoạn Cathode chung

Hình 2.5 Sơ đồ chân LED 7 đoạn
17


2.3. Điện trở:
Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và áp. Điện trở được sử
dụng rất nhiều trong các mạch điện tử.

R=ρ

l

S

Trong đó: ρ là điện trở suất của vật liệu
S là thiết diện của dây; ℓ là chiều dài của dây.
Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể
dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với
cường độ dòng điện đi qua nó:
R=
Trong đó:
U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).
I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ămpe (A).
R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).
Ký hiệu:

Giá tri của điện trở là Ohm
Ứng dụng: Điện trở được dùng để chế tạo ra dịch mức điện áp giữa hai điểm khác
nhau của mạch.
2.4. Thạch anh 8 Mhz:
Tạo tần số hoạt động cho Pic 16F877A.
Đặc tính vật lý: độ bền cơ học, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các tác dụng hóa học.
Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thì sinh ra dao
động. Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng.
Ký hiệu:

Hình 2.6 Hình và kí hiệu thạch anh

18


Giá trị của thạch anh là tần số hz, trong thực tế giá trị Thạch anh thường dùng là Mhz

(8Mhz, 12Mhz, 20Mhz)
2.5. Tụ điện
Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực bằng kim loại
ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất điện môi cách
điện có điện dung C. Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoay chiều đi qua, ngăn cản
dòng điện một chiều.
Ký hiệu:

Hình 2.7. ký hiệu tụ điện
Giá trị của tụ điện là điện dung
Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F]. Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất lớn,
do đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10 −6F), nano Fara
(1nF=10−9F), picoFara (1pF=10−12F).
Công thức tính điện dung của tụ:

C =ε

S
d

Trong đó: ε là hằng số điện môi
S là điện tích bề mặt tụ m2
d là bề giày chất điện môi
Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một
khoảng d.
Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:
Trong đó:
ε 0 = 8.86.10-12 C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không.

ε là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không ε

= 1, giấy tẩm dầu = 3,6, gốm = 5,5; mica = 4

÷5

Trong mạch sử dụng 1 loại tụ đó là: Tụ gốm. Tụ gốm được sử dụng cho 30 pF.

19


2.6. Nút nhấn BUTTON
Button là nút bấm, bạn có thể tìm thấy nó ở mọi thứ trong cuộc sống, chẳng hạn như
cái nút trong bàn phím của bạn.

Hình 2.7. Nút nhấn BUTTON
Nút nhấn có hai trạng thái:
- Dẫn điện (thường dùng để tạo mức LOW cho vi điều khiển)
- Không dẫn (thường dùng để tạo mức HIGHT cho vi điều khiển

20


2.7. Giới Thiệu Phần mềm lập trinh PIC CCS
2.7.1. CCS

21


22

2.7.2. Biên chương trình:
Kiểu biên

Giá tri •

Ý nghĩa

intl

True hay False ( 0 hay 1)

số 1 bit

int8

0 đến 255

Số nguyên 1 byte ( 8 bit)

int16

0 đến 65,535

Số nguyên 2 byte

int32

0 đến 4,294,967,295

Số nguyên 4 byte

Char

-128 đến 127

Ký tự 8 bit

Float

3,4-38 đến 3,438

Số thực 32 bit

short

Mặc định như kiểu int1

Byte

Mặc định như kiểu int8

Int

Mặc định như kiểu int8

Long

Mặc định như kiểu int16

Lưu ý: có thể sử dụng signed hoặc unsigned trước các kiểu để chỉ cho trường hợp có

dấu và không có dấu.
2.7.3. Các phép toán irons CCS:
-

Cộng (+)

-

Trừ (-)

-

Nhân (*)

-

ChỉaỢ)

-

Chia lấy phần dư (%)

-

Đảo(~)

-

Phép toán logic: AND (&); OR( I)

-

Dịch trái n bit biến a: a = a«n

-

Dịch phải n bit biến a: a = a» n (Xem thêm trong HELP: operators)

2.7.4 Các điều kiên losic:
-

AND (&&)

-

OR(\\)

-

EQUAL (==)

-

Phủ định (!)

2.7.5. Các đinh nghĩa trong CCS:
LED PINDO SET= 100
SW1 = 0x86.0 //REO

23

2.7.6. Các hàm thông dụng trong CCS:
2.7.6.1 Hàm delay: liên quan đến #use delay(clock = tần số thạch anh)
-

delay_ms(giá trị 2 byte)

Ví dụ:
-

delay_ms(1000);// trì hoãn 1000 ms

-

delay_ms(200);// trì hoãn 200 ms

-

delay_us(giá trị 2 byte)

-

delay_us(10);//trì hoãn 10 ựs

-

delay_us(5);//trì hoãn 5 ựs

-

delay_cycles(giá trị 2 byte)

Ví dụ:
delay_cycles(1): trì hoãn 1 xung clock = 1/(fXTAL/4 )
2.7.6.2. Hàm I/O: xuất/ nhập một giá trị ra/ từ PIN (bit) hoặc PORT (byte)
set_tris_x(byte)
Trong đó: x: a, b, c, d, e
Byte: xác định ngõ vào hoặc ngõ ra cho các tín hiệu của một PORT bit = 1: tín hiệu
tương ứng là ngõ vào bit = 0: tín hiệu tương ứng là ngõ ra
Ví dụ: cấu hình PORT D với RD0 và RD1 là ngõ vào, RD7 đến RD2 là ngõ ra
Set_tris_d(0x03);// 0x03 = 00000011b
Hoặc: cấu hình RC7-RC4 là ngõ vào, RC3-RC0 là ngõ ra
Set_tris_c(0b11110000);
-

output_high(PIN)

Ví dụ:
Output_high(PIN_C0); // RC0 = 1
-

output_low(PIN)

Ví dụ:
Output_low(PIN_D0); // RD0 = 0
-

output_toggle(PIN)

Ví dụ:
Output_toggle(PIN_C4); // RC4 = ~RC4
-

output_x(byte): x là a, b, c,d, hoặc e (port a, b, c,d, hoặc e) Ví dụ:

Output_d(0xc0); // PORTD = C0H
- input(PIN)
24


Ví dụ 1:
State = input(PIN_E0); // State là biến nhị phân (intl State) Ví dụ 2:
#define SW1 PIN_D4
#define LED PIN C1
If (!input(SW1)) { output_toggle(LED); delay_ms(300);}
- input_x(): x là a, b, c,d, hoặc e (port a, b, c,d, hoặc e)
Ví dụ:
Unsigned char a;
a = input_d(); // đọc 1 byte từ port d và gán vào a

25