Thiết kế bộ đo nhiệt độ sử dụng LM235 và hiển thị lên LCD

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ
•

•

Nhóm :

Trần Mạnh Hà
Trần Ngọc Khánh
Nguyễn Văn Đạt
Tên đề tài : Thiết kế bộ đo nhiệt độ sử dụng LM35 và hiển thị lên LCD
Mở Đầu:
Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường xuyên gặp trọng đời sống sinh hoạt
hằng ngày cũng như trong kĩ thuật và công nghiệp. Việc đo đạc nhằm xác định
chính xác nhiệt độ theo các thang đo đã từ lâu trở thành một vấn đề rất được
quan tâm, vì vậy nhiều phương pháp đo nhiệt độ càng ngày càng trở lên chính
xác hơn. Hiện nay, việc sử dụng cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp cũng như
dân dụng ngày càng phổ biến và hiệu quả cao.
Đồ án “ Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ “ này nhóm em sử dụng cảm biến
LM35 nhằm nghiên cứu và thiết kế bộ đo nhiệt độ độ tự động và chính xác nhất
có thể.

1


CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG HỆ THỐNG BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ
DỤNG LM35 VÀ HIỂN THỊ LÊN LCD
1.1. MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
1.1.1.Một số loại cảm biến nhiệt độ
1.1.2.Các phương pháp đo nhiệt độ
1.2. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CỦA BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ
1.2.1. Sơ đồ khối của hệ thống
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG
HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ
2.1.
2.2.
2.3.

IC LM35
Giới Thiệu LCD 1602
Arduino Uno

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐO
NHIỆT ĐỘ
3.1.

THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ

3.1.1. Giới thiệu phần mềm thiết kế Arduino IDE
3.1.2. Thiết kế sơ đồ thuật toán và mạch nguyên lý
3.2.

MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS
3.1.1. Sơ lược qua về phần mềm PROTEUS
3.1.2. Mô phỏng trên phần mềm PROTEUS
3.1.3. Kết quả mô phỏng

3.4. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.5. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.6. KẾT LUẬN

2


CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG HỆ THỐNG BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ
1.1
1.1.1

DỤNG LM35 VÀ HIỂN THỊ LÊN LCD
MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ
Một số loại cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại

lượng cần đo.
Thiết bị cảm biến nhiệt được thiết kế đặc biệt cho các ngành công nghiệp
thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, ô tô, hàng hải và vật liệu nhựa, cũng như tất cả
các ngành đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy cao trong các phép đo.
Cảm biến nhiệt được cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được gắn vào
một đầu gọi là đầu nóng (đầu đo) và đầu lạnh (đầu chuẩn). Khi có sự chênh lệch
nhiệt độ giữa hai đầu thì sẽ phát sinh một nhiệt điện động tại đầu lạnh. Vì thế cần
kiểm soát nhiệt độ đầu lạnh (tùy thuộc vào loại chất liệu).
Nguyên lý làm việc đối với nhiệt kế điện trở metaI, thường được gọi là cảm
biến nhiệt, là cơ sở dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại với sự thay đổi nhiệt
độ vượt trội [1].
Vật liệu: bạch kim và niken, do điện trở suất cao và tính ổn định của chúng.
Các phép đo nhiệt độ được thực hiện với cảm biến nhiệt có độ chính xác và đáng
tin cậy hơn nhiều so với các phép đo được thực hiện với các loại cặp nhiệt điện
hoặc nhiệt kế khác.
Một số loại cảm biến nhiệt cơ bản:

a. Loại cảm biến nhiệt độ hai dây:

3


Là ít chính xác nhất và chỉ được sử dụng trong trường hợp kết nối độ bền
nhiệt được thực hiện với dây điện trở ngắn và điện trở thấp; kiểm tra mạch điện
tương đương, có thể lưu ý rằng điện trở đo được là tổng của phần tử cảm biến
(phụ thuộc vào nhiệt độ) và điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối. Lỗi
trong phép đo này không liên quan: nó phụ thuộc vào nhiệt độ.

Hình 1.1. Mạch cảm biến nhiệt độ hai dây
b. Loại cảm biến nhiệt độ ba dây:
Cho mức độ đo chính xác tốt hơn, kỹ thuật ba dây
được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực công nghiệp.
Với kỹ thuật đo lường này, loại bỏ các lỗi gây ra bởi
điện trở của các dây dẫn; ở đầu ra, điện áp phụ thuộc
hoàn toàn vào sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt
và điều chỉnh liên tục theo nhiệt độ.
c. Loại cảm biến nhiệt bốn dây:
Volt-ampe kế cho độ chính xác lớn nhất có thể, ít được
sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, nó hầu như chỉ
được sử dụng trong các ứng dụng trong phòng thí
nghiệm.

Hình 1.2. Mạch cảm
biến nhiệt độ hai dây

Trên một mạch điện tương đương có thể thấy rằng điện áp đo được chỉ phụ thuộc
vào điện trở của nhiệt; độ chính xác của phép đo phụ thuộc hoàn toàn vào độ ổn

định của dòng đo và độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt.
4


Có hai loại nhiệt điện tạo thành: cách nhiệt truyền thống hoặc cách nhiệt khoáng
chất MgO.
1.1.2

Các phương pháp đo nhiệt độ:
Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt khá đơn giản so với việc sử dụng các loại

đo nhiệt độ khác, tuy nhiên cần thực hiện một số bước nhất định để khắc phục mọi
lỗi phát hiện.
Có ba nguyên nhân chính gây ra lỗi trong các phép đo nhiệt độ với nhiệt độ:
-

Lỗi do quá nhiệt của phần tử cảm biến

-

Lỗi do cách điện kém của thiết bị cảm biến

-

Lỗi do phần tử cảm biến không được nhúng ở độ sâu nhất định.
Bộ phận cảm biến tự nóng lên trong quá trình đo khi nó bị cắt ngang bởi

dòng điện quá cao, do hiệu ứng Joule, làm tăng nhiệt độ của phần tử. Sự tăng nhiệt
độ phụ thuộc cả vào loại yếu tố chính được sử dụng và các điều kiện đo. Ở cùng
nhiệt độ, cùng độ bền nhiệt sẽ tự nóng lên ít hơn nếu được đặt trong nước chứ

không phải không khí; điều này là do thực tế nước có hệ số phân tán cao hơn không
khí.
Thông thường tất cả các thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến đều
có dòng đo cực thấp, tuy nhiên không nên vượt quá dòng đo 1 mA (EN 60751). Để
đo chính xác với cảm biến nhiệt, điều rất quan trọng là cách điện giữa các dây dẫn
và vỏ bọc bên ngoài là đủ lớn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.
Điện trở cách điện có thể được xem như là một điện trở được đặt song song
với các phần tử cảm biến. Do đó, rõ ràng, ở nhiệt độ không đổi, nếu cách điện giảm
5


đi, điện áp đo trên phần tử cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra lỗi trong phép đo.
Điện trở cách điện có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có
rung động mạnh hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân vật lý hoặc hóa học.
Độ sâu ngâm của bộ phận cảm biến cũng cực kỳ quan trọng đối với các phép
đo chính xác, Không giống như trong cặp nhiệt điện, trong đó, các phép đo có thể
được coi là thất bại, nếu độ sâu không đủ, nó có thể gây ra sai số trong phép đo tới
vài độ °C. Điều này là do thực tế là vỏ bọc, thường là kim loại, với bộ phận cảm
biến được bảo vệ sẽ phân tán nhiệt theo tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nóng
và lạnh; do đó, cảm biến nhiệt Termotech có một dải nhiệt dọc theo một phần của
chiều dài vỏ bọc. Nên độ sâu ngâm phải đủ để bộ phận cảm biến bên trong vỏ bọc
không phải chịu độ chênh nhiệt này. Độ sâu tối thiểu sẽ phụ thuộc vào các điều kiện
đo vật lý và kích thước của độ bền nhiệt (chiều dài của phần tử, v.v.).
1.2

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA

1.2.1
•

BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ
Sơ đồ khối của hệ thống:
Trên hình 1.3 là sơ đồ khối của hệ thống của bộ đo nhiệt độ.

Vi xử lý

Hình 1.3. Sơ đồ khối
1.2.2

Nguyên lý hoạt đông
 Cấp nguồn cho cảm biến, dựa vào nhiệt độ điện trở trong cảm
biến thay đổi, từ đó điện áp chân Vout thay đổi với 10mV tương


ứng với 1 độ C.
Tín hiệu điện áp được truyền từ cảm biến đến vi xử lý. Vi xử lý
tính toán điện áp bằng công thức sau:
6





Nhiệt độ = (tín hiệu đọc được)*(5/1023)*100
Sau khi tính toán ra tín hiệu nhiệt độ, ta xuất lên màn hình

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG
HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ
GIỚI THIỆU IC LM35
LM35 là một cái cảm biến nhiệt độ giá rẻ thường được tiêu dùng mang thể

2.1.

được sử dụng để đo nhiệt độ (theo °C) được sản xuất bởi hãng National
Semiconductor dải đo từ 0 Độ đến 100 độ C. LM35 là cảm biến tiêu hao điện năng
thấp sử dụng điện áp 5V. Cảm biến gồm có 3 chân, 2 chân nguồn, 1 chân tín hiệu ra
dạng Analog.
Chân dữ liệu của LM35 là chân ngõ ra điện áp dạng tuyến tính. Chân số 2 cảm
biến xuất ra cứ 1mV = 0.1°C (10mV = 1°C). Để lấy dữ liệu ở dạng °C chỉ cần lấy
điện áp trên chân OUT đem chia cho 10.
Chân 1 cấp điện áp 5V, chân 3 cấp GND, chân 2 là chân OUTPUT dữ liệu
dạng điện áp.
LM35 có độ chuẩn xác hơn kém 0,4 ° C ở nhiệt độ phòng bình thường và hơn
kém 0,8 ° C trong khoảng 0 ° C đến + 100 ° C. Một đặc tính quan trọng hơn của
cảm biến này là rằng nó chỉ thu được 60 microamps từ nguồn cung ứng và có khả
năng tự sưởi ấm thấp.
Một số tính chất của cảm biến LM35:
•
•
•
•

Đầu ra của cảm biến này thay đổi diễn tả tuyến tính.
Điện áp ra của cảm biến IC này tỉ lệ với nhiệt độ Celsius.
Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C.
Được vận hành dưới 4V tới 30V.

7

Hình 2.1. IC cảm biến nhiệt độ LM35
Các ứng dụng của cảm biến nhiệt độ LM35:
•
•
•

Đo nhiệt độ của một môi trường đặc biệt và các áp dụng HVAC
Kiểm tra nhiệt độ pin.
Cung cấp thông tin về nhiệt độ của một linh kiện điện tử.

Các thông số kỹ thuật của lm35:
•
•
•
•
•
•
•

Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
Điện áp ra: -1V đến 6V
Công suất tiêu thụ là 60uA
Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C
tới 150°C.[2]

2.2.

GIỚI THIỆU LCD 1602
8


Thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất
nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với các dạng
hiển thị khác như: khả năng hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ dàng
đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn rất ít tài
nguyên hệ thống, giá thành rẻ.
Các thông số kĩ thuật của LCD 1602:
-

Điện áp MAX
Điện áp MIN
Hoạt động ổn định
Điện áp ra mức cao
Điện áp ra mức thấp
Dòng điện cấp nguồn
Nhiệt độ hoạt động

: 7V
: - 0,3V
: 2.7-5.5V
: > 2.4
: <0.4V
: 350uA - 600uA
: - 30 đến 75 độ C

Hình 2.2. hình dáng và các chân LCD

Bảng chức năng từng chân của LM35:
Bảng 2.1. Bảng chức năng của LM35.[3]
Chân Ký hiệu
1
VSS
2

VDD

Mô tả chức năngăng
Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối
chân này với GND của mạch điều khiển
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta
9


3
4

VEE
RS

5

R/W

6

E

nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
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.
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.
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
16
2.3.

LED+
LED-

Nguồn dương cho đèn nền
GND cho đèn nền

GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO UNO
10


Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm. Phần cứng
Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây
dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.
Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý
AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị
gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương
thích với nhiều board mở rộng khác nhau.[4]

Hình 2.3. Board Arduino R3
Bảng 2.2.Bảng thông số của arduino
Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động

ATmega328 họ 8bit
5V DC (chỉ được cấp qua cổng
USB)
16 Mhz

Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O

khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
11


Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash
SRAM
EEPROM

6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB

dùng bởi bootloader
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển là ATmega8, ATmega168,
ATmega328. Các con chip này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển
đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt
độ- độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD.
Vi điều khiển của Adruino :
Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328. Tuy
nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không cho phép, bạn
có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương đương nhưng rẻ hơn
như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB).
Chức năng các chân tín hiệu của Arduino UNO như trong bảng 2.3 dưới đây
Bảng 2.3. Chức năng các chân của arduino
GND (Ground)

5V
3.3V
Vin (Voltage Input)

cực âm của nguồn điện cấp cho
Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết
bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt
thì những chân này phải được nối với
nhau.
cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho
phép ở chân này là 500mA.
cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa
cho phép ở chân này là 50mA.

•

để cấp nguồn ngoài cho Arduino
12


UNO, bạn nối cực dương của
nguồn với chân này và cực âm của
nguồn với chân GND.
IOREF

RESET

CHÂN SERIAL

Chân PWM

Chân giao tiếp SPI

LED 13

điện áp hoạt động của vi điều khiển
trên Arduino UNO có thể được đo ở
chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V.
Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn
5V từ chân này để sử dụng bởi chức
năng của nó không phải là cấp nguồn.
việc nhấn nút Reset trên board để reset
vi điều khiển tương đương với việc
chân RESET được nối với GND qua 1

điện trở 10KΩ.
0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit
– TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL
Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với
thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết
nối bluetooth thường thấy nói nôm na
chính là kết nối Serial không dây. Nếu
không cần giao tiếp Serial, bạn không
nên sử dụng 2 chân này nếu không cần
thiết
3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất
ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá
trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V)
bằng hàm analogWrite(). Nói một cách
đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được
điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến
5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V
như những chân khác.
10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).
Ngoài các chức năng thông thường, 4
chân này còn dùng để truyền phát dữ
liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị
khác.
trên Arduino UNO có 1 đèn led màu
13


cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset,
bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo
hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi

chân này được người dùng sử dụng,
LED sẽ sáng.

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với
chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các
chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các
chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là
10bit.
CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐO
NHIỆT ĐỘ
3.1. THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ
3.1.1. Giới thiệu phần mềm thiết kế Arduino IDE
Hình bên dưới thể hiện những phần cơ bản của giao diện có thể tìm hiểu sâu
hơn về giao diện này, tuy nhiên đây là phần cơ bản nhất và thường dùng nhất để có
thể học nhanh Arduino IDE. Khi có thời gian các bạn có thể tìm hiểu thêm các bài
viết về nó trên arduino.cc hoặc google,… Các chức năng cơ bản của các biểu tượng
trên phần mềm được trình bày chi tiết ở các phần bên dưới.
Giao diện của phần mềm Arduino IDE có nhiều phần, tuy nhiên cũng phải chú ý
đến những phần quan trọng như được nêu ra trong hình 3.1.

14


Hình 3.1. Cửa sổ giao diện

3.1.2.Thiết kế sơ đồ thuật toán và mạch nguyên lý
Băt đầu

Loop:

A0=sensor

Tính toán cảm biến
nhietdo=reading*(5/1023)*100
15


Hiển thị ra LCD

Ngắt nguồn
Đúng:

Kết thúc

sai

Hình 3.4. Sơ đồ thuật toán

Lưu đồ thuật toán chương trình:




Arduino nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến LM35 với chân A0
Với mỗi 10 mV điện áp nhận được tương ứng với 1 độ C
Tính toán “nhietdo” đã được nhận từ chân A0 bằng công thức
nhietdo=reading*(5/1023)*100





Sau đó truyền sang LCD để hiển thị.
Nếu cấp điện áp liên tục mạch hoạt động bình thường, nếu không cấp điện áp
mạch sẽ ngừng hoạt động [5]

16


Hình 3.5. Mạch nguyên lý

3.2. Mô phỏng trên phần mềm Proteus
3.2.1. Sơ lược qua về phần mềm Proteus
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao
gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển
như MCS-51, PIC, AVR, …
Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô
phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các
MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola.

17


Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES
dùng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá
tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430,
ARM7/LPC2000 ... các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet,... ngoài ra còn mô
phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả. Proteus là bộ công cụ
chuyên về mô phỏng mạch điện tử.
ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn 12000

người dùng trên khắp thế giới. Sức mạnh của nó là có thể mô phỏng hoạt động của
các hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ nào. Sau đó, phần mềm
ISIS có thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm vẽ mạch in khác.
Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho
phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch
mẫu (templates).
Những khả năng khác của ISIS là:
• Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch.
• Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng.
• Xuất file thống kê linh kiện cho mạch.
• Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thông dụng.
• Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều công cụ giúp cho
việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện.
• Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design).
• Khả năng tự động đánh số linh kiện.


Giao diện khởi tạo của phần mềm proteus

Để vẽ sơ đồ nguyên lý, vào Start Menu khởi động chương trình ISIS. Chương trình
được khởi động và có giao diện như hình 1.

18


Trong hình 3.6 chỉ rõ ở giao diện gồm có: vùng làm việc chính; vùng hiển thị,
thanh công cụ, vùng lựa chọn, thanh tác vụ và các nút mô phỏng
Vùng làm việc chính là vùng tại đó ta vẻ các linh kiện điện tử, nối dây các linh
kiện, đặt các máy đo, hiển thị các đồ thị mong muốn.
Thanh công cụ gồm có các thành phần cơ bản sau:

Bảng 3.1. Chức năng một số thành phần trên thanh công cụ Proteus
Kí hiệu
Section mode
Component mode
wire lable mode
Terminals mode
Graph mode
Generator Mode
Voltage Probe Mode
Curent Probe mode
Virtual Instrument Mode

Chức năng
để chọn linh kiện
Dùng để lấy linh kiện trong thư viện
linh kiện
đặt tên cho dây
Chứa Power, Ground
Dùng để vẽ dạng sóng, datasheet, trở
kháng…
Chứa các nguồn điện, nguồn xung,
nguồn dòng…
Dùng để đo điện thế tại 1 điểm trên
mạch, đây là 1 dụng cụ chỉ có 1 chân
và không có thật trong thức tế
Dùng để đo chiều và độ lớn của dòng
điện tại 1 điểm trên wire
Chứa các dụng cụ đo dòng và áp, các
dụng cụ này được mô phỏng như trong
thực tế

19


Hình 3.6. Giao diện thư viện ISIS
Để lấy các linh kiện điện tử ta phải vào được thư viện chính isis, nhìn vào phía
trái của chương trình và thực hiện như sau: Bấm vào biểu tượng Component Mode
,sau đó bấm vào chử P hoặc
nhấn phím tắt P trên Keyboad như hình 3.7.
-

Hoặc cũng có thể Right Click trên Editting Window và chọn Place (Hình 3.7)

Hình 3.7. Cách vào thư viện Proteus

20


Hình 3.8. Khung chương trình Pick devices
Trong hình 3.8 có phần keyword: là ô tìm kiếm, ta dánh các từ khóa cần tìm ví
dụ: resistor ( không phân biệt chữ hoa và chữ thường) . Ở phần category sẽ hiển thị
các thư mục liên quan đến từ khóa. Phân sub-category là nhóm con của phần trên.
Phần manufacturer là tên của nhà sản xuất linh kiện. ở o preview là ô hiển thị trên
sơ đồ nguyên lý. PCB preview là hình dáng trên sơ đồ mạch in. Nếu linh kiện trong
sơ đồ nguyên lý không có hình dáng trên sơ đồ mạch in ( hay kiểu đóng gói thì khi
chuyển sang sơ đồ mạch in chúng ta phải thiết kế dạng chân (kiểu đóng gói cho
chúng). Mục ở giữa là kết quả hiển thị.
Double Click vào linh kiện cần lấy, lập tức linh kiện sẻ được bổ sung vào
“vùng chọn lựa” ở ngoài giao diện chình. Xem hình 3.9.

21


Hình 3.9. Bổ sung linh kiện vào vùng chọn lựa


Một số thao tác cơ bản
Giao diện chính của chương trình gồm 2 phân vùng chủ yếu sau: vùng chọn

lựa và vùng làm việc chính.
-

Zooming. Có thể dùng Zoom in, Zoom out, Zoom Area trên menu Tools bar

-

Có thể dùng Mouse Scrool: Đặt con trỏ chuột nơi cần phóng to, thu nhỏ và xoay
Scrool mouse
22


-

Có thể dùng phím tắt mà ta thiết lập cho chương trình , vào System –> Set
Keyboard Mapping

-

Để lấy linh kiện ra và vẽ mạch, chọn linh kiện ở vùng chọn lựa (vùng màu trắng)
đã nói ở trên

-

Move linh kiện ( Di chuyển linh kiện ). Ta chọn linh kiện cần di chuyển. Right
Click và chọn Drag Objject

-

Ta củng có thể Copy, Move, Rotate, Delete linh kiện

-

Wire. (Vẽ dây nối chân các linh kiện ) chọn công cụ Selection Mode. Sau đó đưa
chuột lại chân linh kiện, khi đó con trỏ chuột có dạng một cây bút màu xanh. Click
vào chân linh kiện để nối dây vào chân đó, sau đó đưa chuột đến chân còn lại mà
ta muốn.

-

Delete wire bằng cách Right Click 2 lần lên dây.Hình dạng đường đi của dây di qua
các điểm mà ta click chuột.

-

Editing Part Labels. Có thể ẩn hoăc hiện tên, giá trị , thay đổi tên, giá trị của linh
kiện bằng cách: Right Click /Edit Properties.

Check/Uncheck Hidden ( ẩn hiện

tên, giá trị linh kiện ).[6]

Ưu điểm của proteus:
-

Dễ dàng tạo ra một sơ đồ nguyên lý đơn giản từ các mạch điện đơn giản, đến

-

các mạch có bộ lập trình vi xử lý.
Dễ dàng chỉnh sửa các đặc tính của linh kiện trên sơ đồ nguyên lý : chỉnh sửa
số bước của động cơ bước, chỉnh sửa nguồn nuôi cho mạch, thay đổi tần số

-

hoạt động cơ bản của vi xử lý…
Công cụ hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ nguyên lý. Xem và lưu lại

-

phần báo lỗi.
Chạy mô phỏng và phân tích các tính chất của mạch điện cơ bản. công cụ hỗ
trọ cho việc chạy và mô phỏng rất mạnh và chính xác. Các công cụ và đồ thị
23


hỗ trợ cho việc phân tích, không những thế phần mêm còn các công cụ đo cơ
bản như: đồng hồ đo vôn, ampe, đến các máy đo dao động, máy tạo sóng dao
-

động….
Ngoài ra proteus còn cung cấp cho người dùng các công cụ mạnh mà các

phần mêm khác hầu như không có. Chẳng hạn thư viện LED với các loại
màu sắc khác nhau kể cả LED 7 đoạn. nhưng phần hiển thị mạnh nhất mà
Proteus cung cấp là LCD, nó có thể mô phỏng các thao tác LCD từ đơn giản

-

đến phức tạp.
Một điểm mạnh khác của Proteus là cung cấp cho người sử dụng công cụ
biên dịch cho các họ vi xử lí. Qua đó tạo ra các tập tin HEX dùng để nạp cho

-

vi xử lý để xem và chạy kiểm tra từng bước trong chương trình mô phỏng.
Proteus có một thư viện khá lớn với hơn 6000 linh kiện và ngày càng được
bổ sung thêm.

Ứng dụng của proteus:
-

Khả năng ứng dụng chính của Proteus là mô phỏng, phân tích các kết quả từ
các mạch nguyên lý, giúp người dùng có thể thấy trước mạch thiết kế đúng

-

hay sai trước khi làm mạch thực.
Các công cụ phục vụ cho việc đo và phân tích có độ chính xác khá cao.
Dùng proteus có thể cung cấp cho người dùng hầu như toàn bộ các mạch điện
đơn giản, tạo ra các bộ vi xử lý dùng cho thực hành vi xử lý. Qua đó có thể
giúp tiết kiệm chi phí, thời gian cho việc chuẩn bị các mô hình thực tế.

3.2.2. Mô phỏng trên phần mềm proteus

24


Hình 3.10. Kết quả mô phỏng


Ở đây chúng ta mô phỏng nhiệt độ môi trường là 31 độ C

Hình 3.11.Mạch thực tế
25