thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho phân xưởng sản xuất thuốc sử dụng vi điều khiển

1

Mơc lơc
Ch¬ng I C¬ së lý thut
1.1. Tỉng quan vỊ ®Ị tµi..............................................8
1.1.1. §Ỉt vÊn ®Ị......................................................................8
1.1.2. Mơc ®Ých nghiªn cøu........................................................8
1.1.3. §èi tỵng nghiªn cøu.............................................................9
1.1.4. Ph¬ng ph¸p tiÕn hµnh.......................................................9
1.2 Giíi thiƯu cÊu tróc phÇn cøng hä MC – 51 (89C51)................9
1.2.1 Cấu trúc VĐK 8051, chức năng từng chân............12
1.2.2. Tổ chức bộ nhớ.........................................................14
1.2.2.1. Bộ nhớ Ram .............................................................15
1.2.2.2 Các băng thanh ghi (Register Banks)......................15
1.3 Chuyển đổi AD dùng vi mạch ADC 0809.......................18
1.4. Khái quát về đo lường.................................................21
1.4.1. Khái niệm về đại lượng đo lường............................21
1.4.2 Đo độ ẩm bằng ẩm kế trở.....................................22
1.4.3 Đo nhiệt độ bằng cảm biến.....................................24

Ch¬ng 2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iƯn c¸c khèi
2.1 Sơ đồ khối toàn mạch...................................................25
2.1.1 Sơ đồ khối và chức năng khối...............................25
2.2 Khối nguồn.....................................................................26
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý.........................................................26
2.2.2. Tính chọn linh kiện........................................................27
2.3. Chuyển đổi ADC..............................................................31
2.3.1 Sơ đồ nguyên lý..........................................................31


2

2.3.2. Tính toán thiết kế mạch............................................32
2.4 Mạch đo nhiệt độ............................................................34
2.4.1 Sơ đồ nguyên lý..........................................................34
2.4.2. Tính toán thiết kế.......................................................34
2.5. M¹ch ®o ®é Èm..................................................................36
2.5.1 Sơ đồ nguyên lý..........................................................36
2.5.2 Tính toán thiết kế........................................................36
2.6. M¹ch hiĨn thÞ Led 7 ®o¹n..................................................38
2.6.1. S¬ ®å nguyªn lý..............................................................38
2.7. M¹ch b¸o ®éng qu¸ nhiƯt ®é, ®é Èm...............................39
2.7.1 S¬ ®å nguyªn lý...............................................................39
2.7.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ............................................................39
2.8. M¹ch V§K AT 89C51.............................................................40
2.8.1 S¬ ®å nguyªn lý...............................................................40
2.8.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch...................................................40

Chương 3 THIÕT KÕ PHÇN MỊM Vµ giao tiÕp m¸y
tÝnh
3.1 Lu ®å gi¶i tht..................................................................43
3.1.1. Lu ®å ch¬ng tr×nh chÝnh..............................................43
3.1.2. Lu ®å ch¬ng tr×nh chun ®ỉi ADC............................44
3.1.3. Lu ®å ch¬ng tr×nh t¸ch gi¶i m·.....................................45
3.1.4. Ch¬ng tr×nh hiĨn thÞ.....................................................46
3.1.5. C¶nh b¸o cđa nhiƯt ®é, ®é Èm......................................47
3.1.6. Lu ®å gi¶i tht ch¬ng tr×nh ng¾t...............................48
3.2 S¬ ®å nguyªn lý toµn m¹ch................................................49
3.3 Giao tiÕp m¸y tÝnh..............................................................49
3.3.1. S¬ lỵc vỊ vÊn ®Ị giao tiÕp nèi tiÕp...............................49

3
3.3.2. Đặc điểm của truyền thông RS - 232, RS- 485..............50
3.3.3 Chuẩn RS-232...................................................................51
3.3.4 Giao diện máy tính .........................................................53
3.4. Thiết kế mạch in...............................................................53
kết luận, Khuyến NGHị.......................................................54
hớng phát triển đề tài................................................55
TàI LIệU THAM KHảO..................................................56
phụ lục.......................................................................57


4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MC
CPU
IC
IP
IE
SFR
TMOD
TCON
PCON
PSEN
PC
ALE
EA
RST
OE
PSW

DPTR

Microcontroller
Central Processing Unit
Intergrated Circuit
Interrupt Priority Register
Interrupt Enable Register
Special Function Register
Timer Mode Register
Timer Control Register
Power Control Register
Program Store Enable
Program Counter
Address Latch Enable
External Access
Reset
Output Enable
Program Status Word
Data Pointer

Vi điều khiển.
Đơn vị xử lý trung tâm.
Mạch điện tích hợp.
Thanh ghi ưu tiên ngắt.
Thanh ghi cho phép ngắt.
Thanh ghi chức năng đặc biệt.
Thanh ghi chế độ định thời.
Thanh ghi điều khiển định thời.
Thanh ghi điều khiển nguồn.
Cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài.

Bộ đếm chương trình.
Cho phép chốt địa chỉ.
Cho phép truy xuất ngoài.
Hoạt động khởi động lại.
Cho phép xuất.
Thanh ghi từ trạng thái chương trình.
Con trỏ dữ liệu.

Danh môc c¸c b¶ng biÓu
Ch¬ng 1


5
Bảng 1.1 Mô tả sự khác nhau của các IC trong họ MSC51...............................................................................................11
Bảng 1.2 Trạng thái hoạt động.........................................20
Ch¬ng 3
B¶ng 3.1 §Ỉc ®iĨm cđa trun th«ng RS - 232, RS- 485.......50
B¶ng 3.2 Chøc n¨ng c¸c ch©n trong RS – 232.........................52

Danh mơc c¸c h×nh vÏ ®å thÞ


6

Ch¬ng 1
Hình 1.1 Cấu trúc bên trong 89C51....................................11
Hình 1.2 Sơ đồ chân VĐK 8051............................................12
Hình 1.3 Bản đồ bộ nhớ data trên Chip..........................14
Hình 1.4 Sơ đồ chân ADC 0809............................................18
Hình 1.5 Biểu đồ thời gian của ADC 0809.......................21

Ch¬ng 2
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống...........................................25
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn............................26
Hình 2.3 Sơ đồ chuyển đổi mạch ADC 0808......................31
Hình 2.4 Sơ đồ mạch dao động...........................................32
H×nh 2.5 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®o nhiƯt ®é.......................34
Hình 2.6 Cảm biến LM 35.....................................................35
H×nh 2.7 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®o ®é Èm...........................36
H×nh 2.8 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch hiĨn thÞ..............................38
H×nh 2.9 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch b¸o ®éng............................39
H×nh 2.10 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch vi ®iỊu khiĨn...................40

Ch¬ng 1
c¬ së lý thut


7
1.1. Tổng quan về đề tài
1.1.1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các thiết bị
điện tử đã, đang và sẽ tiếp tục ứng dụng ngày càng rộng rãi và
mang lại hiệu quả trong hầu hết các kĩnh vực khoa học kỹ
thuật cũng nh trong đời sống xã hội.
Một bớc tiến quan trọng trong kỹ thuật vi xử lý là sự ra đời
của các bộ vi xử lý kỹ thuật số. Đây là một vi mạch điện tử có
mật độ tích hợp cao bao gồm rất nhiều các mạch số có khả
năng nhận, xử lý và xuất dữ liệu. Đặc biệt là quá trình xử lý
dữ liệu đợc thực hiện theo một chơng trình là một tập hợp các
lệnh từ bên ngoài mà ngời sử dụng có thể thay đổi dễ dàng

tùy thuộc vào từng ứng dụng. Do đó một bộ vi xử lý có thể thực
hiện đợc rất nhiều các yêu cầu điều khiển khác nhau tuỳ
thuộc vào nhu cầu sử dụng.
Hầu hết các thiết bị kỹ thuật từ phức tạp cho đến đơn
giản nh thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phòng cho
đến các thiết bị trong gia đình đều có dùng các bộ vi điều
khiển, nghiên cứu ứng dụng các bộ vi điều khiển đang ngày
càng tăng hiện nay.
Khoa học, kỹ thuật ra đời phục vụ cho đời sống sản xuất,
sinh hoạt của con ngời. Trong xởng sản xuất yếu tố nhiệt độ,
độ ẩm giữ vai trò quyết định trong việc tạo điều kiện môi trờng làm việc thỏai mái em chọn đề tài: "Thiết kế mạch
điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho phân xởng sản xuất
thuốc sử dụng vi điều khiển"
1.1.2. Mục đích nghiên cứu


8
Việc Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm và hệ thống cung cấp nguồn cho kho xởng
sản xuất thuốc ứng dụng vi điều khiển nhằm giúp ngời thực
hiện đề tài nắm bắt đợc những vấn đề sau:
- Thông qua việc thực hiện đồ án giúp cho chúng em ôn lại
những kiến thức đã học và lĩnh hội thêm đợc những kiến thức
mới từ giáo viên hớng dẫn, từ các bạn sinh viên và cũng là khoảng
thời gian rèn luyện tay nghề, từ đó hiểu rõ hơn cách viết chơng trình cho vi điều khiển và phềm mềm giao tiếp vi điều
khiển với máy tính.
- Qua quá trình thực hiện đề tài đã tạo điều kiện cho
chúng em có những ý tởng mới và giải quyết các vấn đề phát
sinh một cách có hiệu quả.
- Giúp chúng em biết vận dụng việc tính toán mạch điện

giữa lý thuyết và thực tế sao cho mạch hoạt động ổn định,
kết cấu đơn giản và chi phí thấp.
- Việc thực hiện đề tài cũng giúp ngời nghiên cứu nắm
vững lý thuyết và rèn luyện kĩ năng thi công mạch.
1.1.3. Đối tợng nghiên cứu
- Nghiên cứu chức năng IC vi điều khiển 89C51 và phần
mềm lập trình.
- Các linh kiện cảm biến nhiệt độ (LM35), IC (LM324), các
vi mạch chuyển đổi ADC, và các chuẩn giao tiếp RS - 232
- Hệ thống đo lờng cảm biến.
- Kết nối giữa vi điều khiển với máy tính.
- Phần mềm thiết kế giao diện trên máy tính Visual Basic.
1.1.4. Phơng pháp tiến hành


9
- Kh¶o s¸t hiƯn tr¹ng thÕ giíi thùc ®Ĩ x¸c ®Þnh râ c¸c yªu
cÇu chøc n¨ng
- Tỉng hỵp, ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ nh÷ng c¸i ngêi kh¸c ®·
lµm.
- T×m kiÕm nghiªn cøu vµ ghi chÐp l¹i c¸c tµi liƯu tham
kh¶o
- §Ị xt ra ph¬ng ¸n gi¶i qut cđa m×nh.
1.2. Giíi thiƯu cÊu tróc phÇn cøng hä 8051
MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng Intel sản
xuất. Các IC tiêu biểu cho họ là 8031, 8051, 8951...
Những đặc điểm chính và nguyên tắc hoạt độngcủa
các bộ vi điều khiển này khác nhau không nhiều. Khi
đã sử dụng thànhthạo một loại vi điều khiển thì ta có
thể nhanh chóng vận dụng kinh nghiệm để làm quen

và làm chủ các ứng dụng của một bộ vi điều khiển
khác.Vì vậy để có những hiểu biết cụ thể về các
bộ vi điều khiển cũng như để phục vụ cho đề tài này
ta bắt đầu tìm hiểu một bộ vi điều khiển thông dụng
nhất, đó là họ MCS-51 và nếu như họ MCS-51 là họ
điển hình thì 8051 lại chính là đại diện tiêu biểu.
Các đặc điểm của 8051 được tóm tắt như sau :
√ 4 KB ROM bên trong.
√ 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.
√ Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn).


10
√ 210 vò trí nhớ có thể đònh vò bit.
√ 4 μs cho hoạt động nhân hoặc chia.

Hình 1.1 Cấu trúc bên trong 89C51


11

Bảng 1.1 Mô tả sự khác nhau của các IC trong họ MSC51
1.2.1 CÊu tróc VĐK 8051, chức năng từng chân

Hình 1.2 Sơ đồ chân VĐK 8051

12
Chức năng hoạt động của từng chân (pin) được
tóm tắt như sau :
√ Từ chân 1÷ 8 Port 1 (P1.0, . . ., P1.7) dùng làm Port
xuất nhập I/O để giao tiếp bên ngoài.
√ Chân 9 (RST) là chân để RESET cho 8051.
Bình thường các chân này ở mức thấp. Khi ta đưa tín
hiệu này lên cao (tối thiểu 2 chu kỳ máy). Thì những
thanh ghi nội của 8051 được LOAD những giá trò
thích hợp để khởi động lại hệ thống.
√ Từ chân 10÷17 là Port3 (P3.0, P3.1, . . ., P3.7) dùng
vào hai mục đích: dùng là Port xuất / nhập I/O hoặc
mỗi chân giữ một chức năng cá biệt được tóm tắt
sơ bộ như sau :
• P3.0 (RXD) : Nhận dữ liệu từ Port nối tiếp.
• P3.1 (TXD) : Phát dữ liệu từ Port nối tiếp.
• P3.2 (INT0) : Ngắt 0 bên ngoài.
• P3.3 (INT1) : Ngắt 1 từ bên ngoài.
• P3.4 (T0) : Timer/Counter 0 nhập từ bên ngoài.
• P3.5 (T1) : Timer/Counter 1 nhập từ bên ngoài.
• P3.6 (WR) : Tín hiệu Strobe ghi dữ liệu lên bộ nhớ
bên ngoài.
•

P3.7 (RD) : Tín hiệu Strobe đọc dữ liệu lên bộ

nhớ bên ngoài.
√

Các chân 18,19 (XTAL2 và XTAL1) được nối với

bộ dao động thạch anh 12MHz để tạo dao động trên
CHIP. Hai tụ 30 pF được thêm vào để ổn đònh dao động.
√ Chân 20 (Vss) nối đất (Vss = 0).


13
√ Từ chân 21÷28 là Port 2 (P2.0, P2.1, . . ., P2.7)
dùng vào hai mục đích: làm Port xuất/nhập I/O hoặc
dùng làm byte cao của bus đòa chỉ thì nó không còn
tác dụng I/O nữa. Bởi vì ta muốn dùng EPROM và RAM
ngoài nên phải sử dụng Port 2 làm byte cao bus đòa chỉ.
√ Chân 29 (PSEN) là tín hiệu điều khiển xuất ra
của 8051, nó cho phép chọn bộ nhớ ngoài và được
nối chung với chân của OE (Outout Enable) của EPROM
ngoài để cho phép đọc các byte của chương trình. Các
xung tín hiệu PSEN hạ thấp trong suốt thời gian thi hành
lệnh. Những mã nhò phân của chương trình được đọc từ
EPROM đi qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi
lệnh của 8051 bởi mã lệnh.
√ Chân 30 (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều
khiển xuất ra của 8051, nó cho phép phân kênh bus
đòa chỉ và bus dữ liệu của Port 0.
√ Chân 31 (EA : Eternal Acess) được đưa xuống thấp
cho phép chọn bộ nhớ mã ngoài đối với 8031.
Đối với 8051 thì :
• EA = 5V : Chọn ROM nội.
• EA = 0V : Chọn ROM ngoại.
• EA = 21V : Lập trình EPROM nội.

√ Các chân từ 32÷39 là Port 0 (P0.0, P0.1, . . . , P0.7)
dùng cả hai mục đích : Vừa làm byte thấp cho bus đòa
chỉ, vừa làm bus dữ liệu, nếu vậy Port 0 không còn
chức năng xuất nhập I/O nữa.
√ Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.
1.2.2. Tổ chức bộ nhớ


14

Hình 1.3 Bản đồ bộ nhớ data trên Chip
1.2.2.1 Bộ nhớ Ram
* Ram mục đích chung
Trong bản đồ bộ nhớ trên, 80 byte từ đòa chỉ
30H÷7FH là RAM

mục đích chung. Kể cả 32byte phần

dưới từ 00H÷2FH cũng có thể sử dụng giống như
80byte ở trên, tuy nhiên 32 byte còn có mục đích khác
sẽ đề cập sau.Bất kỳ vò trí nào trong RAM mục đích
chung cũng có thể được truy xuất tùy ý giống như
việc sử dụng các mode để đònh đòa chỉ trực tiếp hay
gián tiếp.
Ví dụ để đọc nội dung của RAM nội có đòa chỉ 5FH
vào thanh ghi tích lũy thì ta dùng lệnh : MOV A, 5FH. RAM
nội cũng được truy xuất bởi việc dùng đòa chỉ gián


15

tiếp qua R0 và R1. Hai lệnh sau đây sẽ tương đương lệnh
trên :
MOV R0, #5FH
MOV A, @R0
Lệnh thứ nhất dùng sự đònh vò tức thời để đưa
giá trò 5FH vào thanh ghi R0, lệnh thứ hai dùng sự đònh
vò gián tiếp để đưa dữ liệu “đã được trỏ đến bởi R0”
vào thanh ghi tích lũy A.
RAM đònh vò
8051 chứa 210 vò trí có thể đònh vò bit, trong đó có
128 bit nằm ở các đòa chỉ từ 20H÷2FH và phần còn
lại là các thanh ghi chức năng đặc biệt.
1.2.2.2 Các băng thanh ghi (Register Banks)
32 vò trí nhớ cuối cùng của bộ nhớ từ đòa chỉ
byte 00H÷1FH chức các dãy thanh ghi. Tập hợp các lệnh
của 8051 cung cấp 8 thanh ghi từ R0÷R7 ở đòa chỉ
00H÷07H nếu máy tính mặc nhiên chọn để thực thi.
Những lệnh tương đương

dùng

sự

đònh vò trực tiếp.

Những giá trò dữ liệu được dùng thường xuyên
chắc chắn sẽ sử dụng một trong các thanh ghi này.
* Các thanh ghi chức năng đặc biệt (Special
Function Register)
Có 21 thanh ghichức năng đặc biệt SFR ở đỉnh

của RAM nội từ đòa chỉ cácthanh ghi chức năng đặc
biệt được đònh rõ, còn phần còn lại không đònh rõ.
Mặc dù thanh ghi A có thể truy xuất trực tiếp, nhưng
hầu hết các thanh ghi chức năng đặc biệt được truy
xuất bằng cách sử dụng sự đònh vò đòa chỉ trực tiếp.


16
Chú ý rằng vài thanh ghi SFR có cả bit đònh vò
và byte đònh vò. Người thiết kế sẽ cẩn thận khi truy
xuất bit mà không truy xuất byte.
Thanh ghi B
Thanh ghi B ở đòa chỉ F0H được dùng đi đôi với
thanh ghi A cho các hoạt động nhân chia.
Thanh ghi B có thể được dùng như một thanh
ghi đệm trung gian đa mục đích. Nó là những bit đònh vò
thông qua những đòa chỉ từ F0H÷F7H.
* Các thanh ghi Port (Port Register)
Các Port 0, Port 1, Port 2, Port 3 có đòa chỉ tương ứng
80H, 90H, A0H, B0H. Các Port 0, Port 1, Port 2, Port 3 không
còn tác dụng xuất nhập nữa nếu bộ nhớ ngoài được
dùng hoặc một vài cá tính đặc biệt của 8051 được
dùng (như Interrupt, Port nối tiếp . . .). Do vậy chỉ còn
có Port1 có tác dụng xuất nhập I/O.
Tất cả các Port đều có bit đòa chỉ, do đó nó có
khả năng giao tiếp với bên ngoài mạnh mẽ.
* Các thanh ghi Timer (Timer Register)
8051 có 2 bộ : Một bộ Timer 16 bit và một bộ
Counter 16 bit, hai bộ này dùng để đònh giờ lúc nghỉ
của chương trình hoặc đếm các sự kiện quan trọng.

Timer 0 có bit thấp TL0 ở đòa chỉ 8AH và có bit cao TH0
ở đòa chỉ 8CH. Timer 1 có bit thấp ở đòa chỉ 8BH và bit
cao TH1 ở đòa chỉ 8DH. Hoạt động đònh thời được cho
phép bởi thanh ghi mode đònh thời TMOD (Timer Mode
Register). Ở đòa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển


17
đònhthời TCON (Timer Control Register) ở đòa chỉ 88H. Chỉ
có TCON có bit đònh vò.
Các thanh ghi Port nối tiếp (Serial Port Register)
8051 chứa một Port nối tiếp trên Chip cho việc
truyền thông tin với những thiết bò nối tiếp như là
những thiết bò đầu cuối, modem, hoặc để giao tiếp IC
khác với những bộ biến đổi A/D, những thanh ghi di
chuyển, RAM . . .). Thanh ghi đệm dữ liệu nối tiếp SBUF
ở đòa chỉ 99H giữ cả dữ liệu phát lẫn dữ liệu thu.
Việc

ghi

truyền

lên

và

SBUF

để

LOAD

dữ

liệu

cho

việc

đọc SBUF để truy xuất dữ liệu cho việc

nhận những mode hoạt động khác nhau được lập trình
thông qua thanh ghi điều khiển Port nối tiếp SCON.
* Các thanh ghi ngắt (Interrupt Register)
8051 có hai cấu trúc ngắt ưu tiên, 5 bộ nguồn.
Những Interrupt bò mất tác dụng sau khi hệ thống reset
(bò cấm) và sau đó được cho phép bởi việc cho phép
ghi lên thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrup Enable
Register) ở đòa chỉ A8H. Mức ưu tiên được đặt vào thanh
ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority Level) tại đòa chỉ B8H.
Cả 2 thanh ghi trên đều có bit đòa chỉ.
* Thanh

ghi

điều

khiển

nguồn

PCON

(Power

Control Register)
Thanh ghi PCON không có bit đònh vò. Nó ở đòa chỉ
87H bao gồm các bit đòa chỉ tổng hợp. Các bit PCON
được tóm tắt như sau :
√ Bit 7 (SMOD) : Bit có tốc độ Baud ở mode 1, 2, 3 ở
Port nối tiếp khi set.


18
√ Bit 6, 5, 4 : Không có đòa chỉ.
√ Bit 3 (GF1) : Bit 1 của cờ đa năng.
√ Bit 2 (GF0) : Bit 2 của cờ đa năng.
√ Bit 1 * (PD) : Set để khởi động mode Power Down
và thoát để reset.
√ Bit 0 * (IDL) : Set để khởi động mode Idle và thoát
khi ngắt mạch
hoặc reset. Các bit điều khiển Power Down và Idle có
tác dụng chính trong tất cả các IC họ MSC-51 nhưng chỉ
được thi hành trong sự biên dòch của CMOS.
1.3. Chuyển đổi AD dùng vi mạch ADC 0809
Bộ ADC 0809 là một thiết bò CMOS tích hợp với
một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bit, bộ chọn 8
kênh và một bô logic điều khiển tương thích. Bộ

chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi
xấp xỉ tiếp. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kềnh
nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập.
Thiết bò này loại trừ khả năng cần thiết điều
chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ
số làm tròn ADC 0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi
xử lý.


19

Hình 1.4 Sơ đồ chân ADC 0809
* Ý nghóa các chân:
. IN0 đến IN7

: 8 ngõ vào tương tự.

. A, B, C

: giải mã chọn một trong 8 ngõ vào

. Z-1 đến Z-8
. ALE
. START

: ngõ ra song song 8 bit
: cho phép chốt đòa chỉ
: xung bắt đầu chuyển đổi

. CLK

: xung đồng hồ

. REF (+)

: điện thế tham chiếu (+)

. REF (-)

: điện thế tham chiếu (-)

. VCC

: nguồn cung cấp

* Các đặc điểm củaADC 0809:
. Độ phân giải 8 bit
. Tổng sai số chưa chỉnh đònh ± ½ LSB; ± 1 LSB
. Thời gian chuyển đổi: 100μs ở tần số 640 kHz
. Nguồn cung cấp + 5V
. Điện áp ngõ vào 0 – 5V
. Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz


20
. Nhiệt độ hoạt động - 400C đến 850C.
. Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng .
. Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang.
* Nguyên lý hoạt động:
ADC 0809 có 8 ngõ vào tương tự, 8 ngõ ra 8 bit có

thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi
sang số 8 bit.
Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã. Chọn
1 trong 8 ngõ vào tương tự được thực hiện nhờ 3 chân
ADDA, ADDB, ADDC như bảng trạng thái sau:

Bảng 1.2 Trạng thái hoạt động
Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu
hoạt động ở cạnh xuống của xung start, ngõ ra EOC sẽ
xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh
xuống của xung start). Lúc này bit cơ trọng số lớn nhất
(MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở
mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trò Vref/2,
điện thế này được so sánh với điện thế vào in.
+ Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1.
+ Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0.


21
Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và
tạo ra điện thế có giá trò Vref/4 và cũng so sánh với
điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy
cho đến khi xác đònh được bit cuối cùng. Khi đó chân
EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi.
Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt
ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra chân OE xuống mức 0.
Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start
tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi.

Hình 1.5 Biểu đồ thời gian của ADC 0809

1.4. khái quát về đo lường
1.4.1. Khái niệm về đại lượng đo lường
Trong lónh vực đo lường, dựa trên tính chất cơ bản
của đại lượng đo phân ra hai loại cơ bản là đại lượng
điện và không điện. Đại lượng điện và không điện


22
được phân ra hai dạng, là đại lượng điện tác động và
đại lượng điện thụ động.
- Đại lượng điện tác động: Như đại lượng điện áp,
dòng điện, công suất, là những đại lượng mang
năng điện.
- Đại lượng điện thụ động: Như điện trở, điện cảm,
điện dung, hỗ cảm không mang năng lượng điện.
Hầu hết các thiết bò đo, có chức năng cung cấp
cho chúng ta kết quả đo được đại lượng đang khảo
sát. Kết quả này được chỉ thò hoặc ghi lại trong
suốt quá trình đo hoặc dùng để tự động điều
khiển đại lượng đang được đo. Với nhiều cách thức
đo đa dạng khác nhau, cho nhiều đại lượng có
những đặc tính riêng biệt, một cách tổng quát ta
có thể phân biệt hai dạng thiết bò đo phụ thuộc
vào đặc tính.
* Tổng quát thiết bò đo điện tử thường được cấu tạo ba
phần sau:

Cảm biến

Bộ biến đổi tín

hiệu

- Cảm biến: Phần tử biến đổi

Bé chØ thÞ kÕt
qu¶
các đại lượng đo

không điện sang đại lượng điện. Bộ phận này chỉ
có khi thiết bò đo điện tử đo các đại lượng trong
công nghiệp.
- Bộ biến đổi tín hiệu điện (điện áp, dòng điện,
điện trở) cho phù hợp với bộ chỉ thò kết quả.
Bộ này bao gồm mạch phân tần đo, mạch phối


23
hợp trở kháng, mạch khuếch đại tín hiệu đủ lớn
cho bộ chỉ thò kết quả. Có thể là mạch cầu đo
(đối với đại lượng điện trở, điện cảm, điện dung).
Ngoài ra trong bộ chế biến có thể là mạch lọc,
mạch chỉnh lưu, mạch sửa dạng tín hiệu, mạch biến
đổi A/D.
- Bộ chỉ thò kết quả: Trong phần này kết quả đo
được chỉ thò dưới hai hình thức, là kim hoặc số
hiển thò.
1.4.2 Đo độ ẩm bằng ẩm kế trở
Nguyên tắc hoạt động và phương pháp chế tạo:
Trong ẩm kế điện trở, người ta dùng một lượng
nhất đònh chất hút ẩm lean đế có kích thước nhỏ

(vài mm2). Trên đế này cũng đồng thời phủ thêm hai
điện cực bằng kim loại không bò oxy hóa. Giá trò của
điện trở R lớn đo được giữa hai điện cực phụ thuộc
vào hàm lượng nước ( tỷ số giữa nước hấp thụ và
khối lượng chất khô) và vào nhiệt độ hút chất ẩm,
mà hàm lượng nước lại phụ thuộc vào độ ẩm tương
đối và nhiệt độ.
Một số nhà chế tạo dùng chất lỏng làm chất
hút ẩm. Các chất điện phân là những chất dẫn
điện. Điện trở của chúng phụ thuộc vào thể tích, mà
thể tích lại thay đổi theo hàm lượng nước. Người ta sử
dụng tính chất này để tìm cách biến đổi độ ẩm tương
đối thành tín hiệu điện.
Trên thực tế, điện trở R của ẩm kế phụ thuộc
đồng thời vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ. Tuy vậy,


24
ảnh hưởng của nhiệt độ có thể bù trừ bằng cách
sử dụng sơ đồ mạch đo thế.
Các đặc trưng:
Các đặc trưng đo lường chủ yếu của ẩm kế điện
trở biên thiên được liệt kê như sau:
- Dải đo độ ẩm: Từ +5% ÷ + 95%
- Dải đo nhiệt độ: Từ -100C ÷ + 50 hoặc 600C.
- Thời gian đáp ứng: Gần 10uS.
- Độ chính xác: 2% ÷ 5%
Nhìn vào biểu đồ trên ta thấy khi RH (%) càng
tăng thì điện trở càng giảm, ta có thể tính.
Khi RH = 20% thì R = 100% thì R = 30K thể tính được khi

RH thay đổi 1% thì tương ứng với R là:
R (M  )
RH (%)
Độ giảm R (M

100 – 10
20 – 35
6

10 – 1
35 – 60
0.36

1 – 0.1
60 – 90
0.03

0.1 – 0.03
90 – 100
0.007

)

1.4.3 Đo nhiệt độ bằng cảm biến
Cảm biến nhiệt

được đặt tại những vò trí khác

nhau, mỗi vò trí là một kênh đo. Các cảm biến nhiệt
sẽ biến đổi nhiệt độ thành điện áp hoặc dòng điện

tùy theo loại cảm biến. Cảm biến nhiệt có nhiều loại
như: Cặp nhiệt điện, linh kiện bán dẫn, vi mạch cảm
biến. Tín hiệu sau cảm biến thường nhỏ nên tròn
mạch ta phải qua bộ phận chế biến tín hiệu, thực chất
khối này là một mạch khuếch đại nhưng có thể biến
đổi tín hiệu trước khi khuếch đại cho phù hợp với từng


25
loại tín hiệu. Tiếp theo tín hiệu sau khi biến đổi sẽ được
biến đổi sang dạng số ( nhờ vào mạch ADC) để có
thể giao tiếp với khối vi xử lý.
Sau khi bộ phận xử lý thực hiện xong thì xuất ra
chấp hành đã lập trình cho trước để thực hiện một
nhiệm vụ nào đó theo yêu cầu của mạch. Kết quả
này có thể xuất ra monitor hay hiển thò trên led, hoặc
là điều khiển một thiết bò ngoại vi nào đó để ổn
đònh nhiệt độ trong một giới hạn cho phép nào đó.
Ta thiết kế mạch đo, điều khiển nhiệt độ dùng vi
điều khiển, có giao tiếp máy tính, và tầm đo nhiệt độ
từ 10 ÷ 1000C. vì tầm nhiệt độ thấp nên khối cảm
biến có thể sử dụng các IC cảm biến như LM35, khối
ghép kênh và biến đổi ADC ta có thể dùng một IC
ADC 0808 thực hiện cả hai chức năng trên như sơ đồ:

ADC
C¶m biÕn LM
35

0809

89C51

B
U
S

Ch¬ng 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CÁC
KHỐI
2.1 Sơ đồ khối toàn mạch
2.1.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối