THIẾT kế THIẾT bị đo điện áp một CHIỀU TRONG dải 05v DÙNG PIC16F887A (có code và sơ đồ mạch)

THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN ÁP MỘT
CHIỀU TRONG DẢI 0-5V DÙNG
PIC16F887A


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2-1: thiết bị đo đa năng hiển thị số............................................................4
Hình 2-2: thiết bị đo đa năng hiển thị kim..........................................................4
Hình 3-1: sơ đồ khối của thiết bị đo....................................................................6
Hình 3-2: IC ổn áp 5V LM7805...........................................................................7
Hình 3-3: mạch nguồn 5V dùng LM7805...........................................................8
Hình 3-4: vi điều khiển PIC16F887A.................................................................9
Hình 3-5: sơ đồ chân của PIC16F887A..............................................................9
Hình 3-6: LCD 16x2............................................................................................10
Hình 3-7: sơ đồ chân của LCD16x2....................................................................11
Hình 4-1: Sơ đồ giải thuật của mạch..................................................................12
Hình 4-2: Mạch mô phỏng proteus.....................................................................13
Hình 4-3: Sơ đồ mạch in......................................................................................14


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PIC : Programmable Interface Controller
ADC: Analog Digital Converter

Trang 6/18

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Ngày nay,sự ra đời của các bộ vi xử lí,các bộ vi điều khiển đã tạo ra một bước
ngoặt lớn trong việc thiết kế các hệ thống xử lí thông tin,đo lường điều khiển và
truyền thông.Kết quả là đã tạo ra được những sản phẩm như máy ảnh,máy chơi
nhạc ,đầu dĩa DVD,các bộ biến tần,TV,các thiết bị thông minh…ngày càng rẻ
hơn,nhỏ hơn,thông minh hơn và tiện dụng hơn.Ngoài ra,kỹ thuật vi điều khiển hiện
nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự
động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa. So với kỹ thuật số thì kỹ
thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng
lập trình được để điều khiển.Nên rất tiện dụng và cơ động.Với tính đa dụng của vi
điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này,em chỉ dùng vi điều khiển PIC để thiết
kế mạch đo điện áp một chiều ở dải đo 0-5V và hiển thị lên LCD.

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 7/18

1.2 YÊU CẦU VỀ ĐỀ TÀI
-

Thiết kế mạch đo điện áp một chiều.
Hiển thị giá trị đo lên LCD.
Dải đo trong khoảng 0-5V.

Mạch thi công chạy một cách chính xác, ổn định.
1.3 HƯỚNG THỰC HIỆN

-

Thiết lập sơ đồ khối
Tìm hiểu về mạch đo điện áp,vi điều khiển PIC16f887A
Tìm hiểu các linh kiện liên quan khác.
Viết code và thiết kế mạch mô phỏng dùng proteus.
Test trên board và thi công mạch thực tế.

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 8/18

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN ÁP

1.4 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ
Đo lường điện tử là phương pháp xác định trị số của một thông
số nào đó ở một cấu kiện điện tử hay hệ thống điện tử. Thiết bị
dùng để xác định giá trị được gọi là "thiết bị đo", chẳng hạn, đồng
hồ đo nhiều chức năng [multimeter] dùng để đo trị số của điện trở,
điện áp, và dòng điện trong mạch điện.Kết quả đo tuỳ thuộc vào
hạn chế của thiết bị đo. Các hạn chế đó sẽ làm cho giá trị đo được
(hay giá trị biểu kiến) hơi khác nhẹ với giá trị đúng (tức là giá trị
tính toán theo thiết kế).
Đồng hồ vạn năng thường gồm 2 loại: Loại hiển thị bằng kim và loại hiển thị

bằng số.
Để quy định hiệu suất của các thiết bị đo, cần phải có các định
nghĩa về độ chính xác [accuracy], độ rõ [precision], độ phân giải
[resolution], độ nhạy [sensitivity] và sai số [error] .
Ưu và nhược điểm của từng loại đồng hồ vạn năng:
_ Đồng hồ hiển thị bằng kim:
* Ưu điểm:
- Được dùng chủ yếu để kiểm tra các linh kiện bán dẫn (đi-ốt, transistor,
MOSFET…) còn hoạt động hay không, vì dễ quan sát.
- Có thể được dùng để kiểm tra nhanh hư hỏng các linh kiện trong mạch điện tử.
- Dễ mua và có nhiều giá bán cho người dùng lựa chọn từ giá rẻ cho đến khá đắt.
*Nhược điểm:
- Dễ hỏng kim hoặc mạch điện tử bên trong nếu không sử dụng đúng cách.
- Khó đọc các giá trị số như điện áp, dòng điện, giá trị điện trở.
- Độ chính xác không cao.
_ Đồng hồ đo hiển thị bằng số:
* Ưu điểm:
- Dễ dàng đọc và theo dõi các giá trị số hiển thị trên màn hình.
- Độ chính xác cao.
- Độ bền cao.
- Có thể được trang bị thêm các chức năng cao cấp khác như đo tần số, đo điện
dung..v..v..

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 9/18

*Nhược điểm:
- Đắt tiền.

- Khó sử dụng trong trường hợp dùng để kiểm tra nhanh hư hỏng của các linh kiện
điện tử

Hình 2-1: Thiết bị đo đa năng hiển thị số [1]

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 10/18

Hình 2-2: Thiết bị đo đa năng hiển thị kim [2]
1.5 CÁCH SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN ÁP
Nếu bạn đang muốn đo điện áp 220VAC, bạn xoay núm vặn đến số 250VAC,
không nên chọn thang đo quá lớn (Ví dụ 1000VAC) vì điều này làm kết quả đo
không chính xác. Ngược lại, nếu chọn chọn thang đo quá nhỏ (ví dụ 110VAC), có
thể dẫn đến gãy kim đo nếu bạn sử dụng thiết bị đo hiển thị kim.
Lưu ý:
- Khi đo điện áp xoay chiều, cần chọn ở chế độ đo xoay chiều (khu vực có ký hiệu
trên đồng hồ là ACV).
-Khi đo điện áp một chiều (DC), cần chọn ở chế độ đo một chiều (khu vực có ký
hiệu trên đồng hồ là DCV).

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 11/18

CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

1.6 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Khối
Khối vi điều

hiển

khiển

thị(LCD)

Khối nguồn

Khối tín
hiệu đầu
vào

Hình 3-1: Sơ đồ khối của thiết bị đo
1.1.1 Giải thích sơ đồ:
Thiết kế mạch đo điện áp dựa trên sơ đồ khối, cấp nguồn cho các khối xung
quanh, khối vi điều khiển và khối hiển thị. Đầu tiên khối vi điều khiển nhận dữ
liệu tín hiệu đầu vào, thông qua bộ ADC của vi điều khiển mà tín hiệu được phân
chia dựa theo giá trị của bộ ADC 10 bit=2^10=1024 giá trị.Tín hiệu đầu vào được
xác đinh dựa vào công thức.Sau đó,giá trị của tín hiệu đầu vào sẽ được hiển thị lên
LCD16x2.
Linh kiện cho các khối:

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều

Trang 12/18

-

Khối nguồn: nguồn phát 5Vdc dùng IC ổn áp 7805
Khối vi điều khiển: 1 vi điều khiển PIC16f887A
Khối hiển thị: LCD16x2
Khối tín hiệu đầu vào:thiết bị có điện áp trong khoảng 0-5V

1.7 TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN:
1.1.2 Nguồn phát 5V sử dụng IC LM7805:

Hình 3-2: IC ổn áp 5V LM7805 [3]

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 13/18

Các thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•

Điện áp đầu vào lớn nhất:20V
Điện áp đầu vào nhỏ nhất:7V

Nhiệt độ hoạt động lớn nhất:85°c
Nhiệt độ hoạt động nhỏ nhất:-20°c
Dòng điện đầu ra:1.5A
Điện áp ổn định:5V

Nguyên lý hoạt động:

Hình 3-3: mạch nguồn 5V dùng LM7805 [5]
Nguồn điện xoay chiều 220V sau khi qua bộ biến áp sẽ thành nguồn điện 9V,sau
đó qua bộ chỉnh lưu cầu thành nguồn điện 1 chiều 9V,nguồn 9V lúc này sẽ qua IC
LM7805 để thành nguồn 5V DC để làm nguồn cho mạch đo điện áp.

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 14/18

1.1.3 Vi điều khiển PIC16F887A:

Hình 3-4:vi điều khiển PIC16F887A [6]

Hình 3-5:sơ đồ chân của PIC16F887A [7]
Các thông số kĩ thuật của PIC16F887A:
• 8K Flash ROM
• 368 bytes RAM
• 256 bytes EEPROM
• 5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập
• 2 bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều

Trang 15/18

• 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết
kiệm năng lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài
• 2 bộ CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều Biến
xung
• 1 bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào
• 2 bộ so sánh tương tự (Comparator)
• 1 bộ định thời giám sát (WDT - Watch Dog Timer)
• 1 cổng song song ( Parallel Port ) 8 bit với các tín hiệu điều khiển
• 1 cổng nối tiếp ( Serial Port )
• 15 nguồn ngắt (Interrupt)
• Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)
• Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSPTM (In-Circuit Serial Programing)
• Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS
• 35 tập lệnh có độ dài 14 bit.
• Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz
1.1.4

LCD 16x2:

Hình 3-6:LCD 16x2 [8]

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 16/18

Hình 3-7:sơ đồ chân của LCD16x2 [9]
Chức năng các chân của LCD 16x2:

Bảng 3-1:chức năng các chân của LCD16x2 [10]

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 17/18

CHƯƠNG 3.

THI CÔNG MẠCH

1.8 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP:

Mở nguồn

Đặt tín hiệu điện áp đầu vào DC trong khoảng 0-5V

Mạch đo xác nhận giá trị,tính toán theo công
thức

Giá trị đo được hiển thị lên LCD
Hình 4-1: Sơ đồ giải thuật của mạch
Giai thích sơ đồ giai thuật:
Sơ đồ giải thuật trên cho ta thấy cách hoạt động của một thiết bị đo điện
áp.Đầu tiên,nguồn 5V được bật lên để cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển và
lcd16x2,sau đó tín hiệu điện áp một chiều được xác định qua 2 que đo của
mạch,giá trị điện áp sẽ được tính theo giá trị ADC của vi điều khiển,ở đây ta chọn

giá trị ADC là 10bit,tương ứng với 1024 giá trị.Tùy thuộc vào điện áp cần đo mà
giá trị ADC sẽ tương ứng,sau đó,vi điều khiển sẽ xuất dữ liệu ra và hiển thị lên
lcd16x2 kết quả điện áp của tín hiệu điện áp ban đầu.
1.9 KẾT QUẢ:
• Mạch không sử dụng nhiều diện tích
• Mạch chạy ổn định

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 18/18

• Sai số thấp

Hình 4-2: Mạch mô phỏng proteus

Hình 4-3: Sơ đồ mạch in

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 19/18

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 20/18

CHƯƠNG 4.

KẾT LUẬN

1.10 KẾT LUẬN:
Kết quả thu lại được trong quá trình thực hiện đề tài này là:
• Hoàn thành thiết kế và mạch thực tế, kiểm tra kĩ càng, mạch tuy chưa ổn định
nhưng đã đáp ứng yêu cầu đề tài.
• Sản phẩm được hoàn thành có thể đươc ứng dụng để đo các thiết bị có điện áp
trong khoảng 0-5V.
Nhược điểm:
• Dễ bị hư hỏng, kết quả đo đôi khi còn sai lệch nhiều.
• Dải điện áp hẹp.
• Chỉ đo được điện áp 1 chiều.
1.11 HƯỚNG PHÁT TRIỂN SAU ĐỀ TÀI:
Do lượng kiến thức còn hạn chế nên sản phẩm mạch làm thiếu chuyên môn và
rất sơ sài,nếu có thời gian,có cơ hội nghiên cứu tốt và chuyên sâu hơn,em mong
rằng đề tài này sẽ phát triển được thêm các chức năng như là :
• Mạch đo được dải rộng hơn.
• Có nhiều thang đo.
• Đo được điện áp xoay chiều.
Em hi vọng với những hướng phát triển như trên và cùng với sự góp ý chân
tình từ quý thầy cô, đề tài này sẽ phát triển hơn , thông minh hơn và hoàn thiện
hơn.

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 21/18

TÀI LIỆU THAM KHẢO:
Tailieu.vn:đo lường điện và thiết bị đo

NGUỒN HÌNH ẢNH:
1 Hình ảnh lấy từ Mualinhkien.vn
2 Hình ảnh lấy từ kyoritsuvietnam.com
3 Hình ảnh lấy từ Mualinhkien.vn
4 Hình ảnh lấy từ google.com
5 Hình ảnh lấy từ mô phỏng proteus
6 Hình ảnh lấy từ microchip.com
7 Hình ảnh lấy từ microchip.com
8 Hình ảnh lấy từ hshop.vn
9 Hình ảnh lấy từ picvietnam.com
10 Hình ảnh lấy từ machdientu.net

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 22/18

PHỤ LỤC A

#include <16F877A.h>
#include <def_877a.h>
#device *=16 adc=10
#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG,
NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT
#use delay(clock=20000000)
#include <lcd_lib_4bit.c>
int32 V;
//----------------------------------------------------------------//----------------------------------------------------------------void main()
{

TRISB=0xFF;
TRISB=0x00;
TRISC=0xF2;
TRISD=0x0f;
TRISE=0x00;
// Khoi tao che do cho bo ADC
setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3);
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
delay_us(150);
LCD_init();
while(TRUE)
{
SET_ADC_CHANNEL(0);
DELAY_US (10);

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều


Trang 23/18

v = read_adc();
v = v*4.89*11;
LCD_putcmd(0x80);
printf(LCD_putchar,"Volt :");
LCD_putchar(v/10000 + 48);
LCD_putchar((v%10000)/1000 + 48);
LCD_putchar(".");
LCD_putchar(((v%10000)%1000)/100 + 48);
LCD_putchar((((v%10000)%1000)%100)/10 + 48);
printf(LCD_putchar," V");

LCD_putcmd(0xC0);
printf(LCD_putchar,"MACH DO AP LCD ");
}
}

Thiết kế thiết bị đo điện áp một chiều