Thiết kế cản điện tử dùng PIC16F877A và IC chuyên dụng AD7730.

Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
...........................................................................
TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

1

Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU – LƯU ĐỒ..............................................................4
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................5
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI...................................................................................6
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP....................................................................................7
1.1 Lý do chọn đề tài.........................................................................................7
1.2 Giới hạn của đề tài......................................................................................7
CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ LUẬN.........................................................................8
2.1 Các phương pháp định lượng......................................................................8
2.2 Cảm biến trọng lượng Loadcell..................................................................9
2.3 Các linh kiện sử dụng trong mạch..............................................................12
2.3.1 IC AD7730.........................................................................................12
2.3.2 LCD HD44780 16x2..........................................................................20
2.3.3 Vi điều khiển PIC 16F877A...............................................................30
2.3.4 IC TL082............................................................................................47
2.3.5 IC nguồn 7805....................................................................................49
2.3.6 IC nguồn 7905....................................................................................50
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ - THI CÔNG.............................................................52
3.1 Sơ đồ khối...................................................................................................52
3.2 Sơ đồ ngun lý...........................................................................................53
3.3 Tính tốn khối khuếch đại..........................................................................54
3.4 Lưu đồ chương trình...................................................................................55
3.5 Chương trình...............................................................................................57
3.6 Sơ đồ mạch in..............................................................................................63
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ.............................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................65

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

2


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Danh mục hình vẽ
Hình 2.1 Cân bằng địn cân....................................................................................8
Hình 2.2 Cấu tạo Strain gage..................................................................................9
Hình 2.3 Mạch cầu Wheatstone..............................................................................10
Hình 2.1 Cấu tạo bên trong loadcell và nguồn cấp................................................11
Hình 2.5 Một số dạng Loadcell..............................................................................12
Hình 2.2 Loadcell UWE dạng thanh......................................................................12
Hình 2.7 Sơ đồ chân IC AD7730...........................................................................13
Hình 2.8 Sơ đồ kết nối Loadcell DC với IC AD7730............................................14
Hình 2.9 Giản đồ xung quá trình đọc dữ liệu từ IC AD7730................................17
Hình 2.10 Giản đồ xung quá trình ghi dữ liệu từ IC AD7730...............................18
Hình 2.11 Hình dáng của loại LCD thơng dụng....................................................20
Hình 2.12 Sơ đồ chân của LCD..............................................................................21
Hình 2.13 Cấu hình bên trong PIC 16F877A.........................................................33
Hình 2.14 Sơ đồ khối bên trong PIC 16F877A......................................................34
Hình 2.15 Sơ đồ chân PIC 16F877A......................................................................35
Hình 2.16 Kết nối SPI.............................................................................................39
Hình 2.17 Truyền dữ liệu SPI.................................................................................39
Hình 2.18 Sơ đồ khối của ADC PIC 16F877A......................................................43
Hình 2.19 Định dạng cặp thanh ghi lưu kết quả....................................................46
Hình 2.20 Sơ đồ chân của TL082...........................................................................48
Hình 2.21 Sơ đồ chân IC 7805...............................................................................49

Hình 2.22 Sơ đồ chân IC 7905...............................................................................50
Hình 3.1 Sơ đồ mạch khuếch đại vi sai..................................................................54

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

3


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Thơng số Loadcell UWE........................................................................12
Bảng 2.2 Các giá trị điện áp vào.............................................................................12
Bảng 2.3 Chức năng các chân của IC AD7730......................................................13
Bảng 2.4 Chức năng các bit trong thanh ghi giao tiếp...........................................14
Bảng 2.5 Các lựa chọn của bit RS2 – RS0.............................................................15
Bảng 2.6 Chức năng các bit trong thanh ghi trạng thái.........................................15
Bảng 2.7 Chức năng các bit trong thanh ghi chế độ..............................................17
Bảng 2.8 Giá trị các byte W,Y,Z trong quá trình đọc ghi......................................20
Bảng 2.9 Chức năng các chân của LCD.................................................................21
Bảng 2.10 Chức năng RS và RW theo mục đích sử dụng.....................................22
Bảng 2.11 Bảng mã ký tự (ROM CODE A00)......................................................24
Bảng 2.12 Tập lệnh LCD........................................................................................24
Bảng 2.13 Điều kiện hoạt động giới hạn của LCD................................................28
Bảng 2.14 Điều kiện hoạt động bình thường của LCD.........................................28
Bảng 2.15 Các đặc điểm của PIC 16F877A...........................................................32
Bảng 2.16 Chức năng chân của TL082..................................................................48
Bảng 2.17 Giá trị tới hạn của TL082......................................................................49
Bảng 2.18 Chức năng chân của 7805.....................................................................49
Bảng 2.19 Giá trị tới hạn của 7805.........................................................................50

Bảng 2.20 Chức năng chân của 7905.....................................................................50

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

4


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành được luận văn này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân
em trong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của em khi bắt tay
vào quá trình nghiên cứu. Để được thành cơng như ngày hơm nay chúng em không
bao giờ quên được sự giúp đỡ và sự giảng dạy rất nhiệt tình của các Thầy cô Bộ
môn Điện – Điện Tử - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí
Minh. Các Thầy cô là những đội ngũ đi trước rất am hiểu về lĩnh vực khoa học kỹ
thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất nhiều đề tài rất
hay và có ứng dụng nhiều trong thực tế. Và đều không thể kể đến sự thành công của
em ngày hơm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình hướng dẫn của Thầy Trương Ngọc
Anh. Thầy đã cùng em đi qua những ngày khó khăn trong q trình nghiên cứu và
chỉ dẫn của Thầy là niềm động lực rất lớn đối với chúng em. Và cuối cùng em xin
ghi ơn công lao cha mẹ đã sinh ra và cho chúng em được ăn học đến ngày hôm nay
để có cơ hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ sự động viên thường xuyên và
quan tâm đủ mặt về phía gia đình là một động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm
lý, sự chán nản để chúng em quyết tâm hoàn thành tốt được đề tài này.
Chúng em cũng xin cảm ơn đến những người bạn thân đã không ngại chia sẽ
về kinh nghiệm làm đề tài cũng như hỗ trợ các cơng việc để giúp nhóm em hoàn
thành tốt được đề tài này.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

5


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Cân là một thiết bị được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất. Với
những yêu cầu về định lượng sản phẩm một cách chính xác khi được đưa vào q
trình sản xuất. Từ những yêu cầu thực tế và lòng đam mê nghiên cứu các hệ thống
cân nên em mạnh dạn chọn đề tài “THIẾT KẾ CÂN DÙNG PIC16F877A VÀ IC
CHUYÊN DỤNG AD7730” này để làm đề tài ĐỒ ÁN 2 cho mình.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽ không
tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là
những hiểu biết và những thành quả của em đạt được trong suốt quá trình nghiên
cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trương Ngọc Anh.
Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo
đồ án 2 này không phải là bản sao chép từ bất kỳ cơng trình đã có trước nào. Nếu
không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường.
TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013
Sinh viên thực hiện
(ký tên và ghi họ tên)

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

6


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
1.1LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Nhằm muốn khám phá sự tị mị, u thích tìm hiểu về các thiết bị có giá trị đầu
ra là Analog. Nên đề tài em chọn là giao tiếp PIC16F877A với loadcell. Để tìm
hiểu và nghiên cứu thêm về cách thức giao tiếp. Trong đề tài này em sử dụng
IC chuyên dụng cho Loadcell, sử dụng giao thức truyền dữ liệu SPI.
1.2 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:
Vì em sử dụng Loadcell 6Kg nên khối lượng tối đa mà loadcell có thể cân được
chỉ là 6Kg. Và độ phân giải là 1gram. Nếu có đều kiện em sẽ cải tiến để có độ
phân giải của cân nhỏ hơn đến mức có thể.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

7


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG
2.1.1 Khối lượng của một vật thể
Khối lượng là thước đo về lượng nhiều hay ít hay mức độ đậm đặc (loãng hay đặc)
của vật chất chứa trong vật thể. Khối lượng được hiểu phổ thông nhất là sức nặng
của vật trên mặt đất.
Khối lượng của vật có thể được tính từ tích phân tồn bộ thể tích của vật
m = ∫ ρ .dV
ρ
với là khối lượng riêng (Nguồn: wikipedia.org)
Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lượng là kilogam (kg)
Trọng lượng là một trường hợp của công thức này. Dưới tác dụng của sức hút trái

đất, vật có khối lượng sẽ chịu tác dụng của trọng lượng P = m.g ; g là gia tốc trọng
≈

trường 9,8 m/s2 là một số cố định ở từng khu vực
Các phương pháp đo khối lượng là dựa vào quan hệ này. Có rất nhiều phương pháp
xác định khối lượng của vật, từ cổ điển đến hiện đại. Tuy nhiên điều sai số là điều
khó tránh khỏi đối với các thiết bị cân khối lượng có cấu tạo đơn giản, thiết bị cân
điện tử sẽ khắc phục được nhược điểm này. Sau đây là một vài cách thức xác định
khối lượng của một vật.
2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật
Cân bằng đòn cân: một khối lượng chưa biết được đặt trên đĩa cân. Các quả cân
được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt trên đĩa bên kia cho
đến khi cân bằng. Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng của các quả cân đặt
lên.

Hình 2.3 Cân bằng đòn cân
Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch chuyển
dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra. Khối lượng chưa biết đặt
trên bàn cân trên lò xo đã được hiệu chỉnh. Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi
của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết. Lượng di
động của lò xo được dùng để đo khối lượng chưa biết. Ở các cân đồng hồ chỉ thị
kim, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với
tỷ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

8


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Ngày nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thì các thiết bị cân điện tử ra đời để
xác định khối lượng của một vật từ rất nhỏ đến khối lượng tương đối lớn như: cân
phân tích, cân vàng, cân xe tải,..và đang được dùng rất phổ biến trong đời sống, sản
xuất.
Để có được những bàn cân điện tử với độ chính xác cao thì các loại cảm biến trọng
lượng (cảm biến lực) được sử dụng với thiết bị này. Các cảm biến trọng lượng dùng
trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là Loadcell. Đây là một kiểu cảm
biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động
của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết.
2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL)
2.2.1 Cấu tạo của một Loadcell
Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được xử
lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi vật chứng bị biến dạng dưới tác
dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác
động.
Strain gage hay còn gọi là cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất
(thường dùng hợp kim của Niken) có chiếu dài l và có tiết diện s, được cố định trên
một phiến cách điện như hình sau:

Hình 2.4 Cấu tạo Strain gage
Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng Strain gage, người ta dán chặt strain gage
lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị biến
dạng.
Các strain gage được dùng để đo lực, đo momen xoắn của trục, đo biến dạng bề mặt
của chi tiết cơ khí, đo ứng suất,…và được dùng để lắp mạch cầu Wheatstone để chế
tạo ra các loadcell.
2.2.2 Mạch cầu Wheatstone
Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Mạch cầu
Wheatstone dùng để chuyển đổi sự thay đổi của điện trở (thay đổi điện trở của các
strain gage) dưới tác dụng lực thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của

cầu.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

9


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Hình 2.5 Mạch cầu Wheatstone
Trong sơ đồ trên

Rx = Ro + ∆R, ∆U = V+ − V−

, ta có:

 R + ∆R 1 
∆R
∆U =  0
− .Vcc =
.Vcc
(
)
2
R
+
∆
R
2
2

2
R
+
∆
R
0
 0


Nếu

∆R

∆U =

<<

R0

thì biểu thức trên có thể viết lại như sau:

∆R
.Vcc
4 R0

[1]
Nhận xét: Phương trình trên cho thấy sự biến đổi đơn vị điện trở của hai điện trở đối
mặt nhau, hai điện trở sẽ là cộng nhau (bị giãn) trong khi tác động của hai điện trở
kề bên nhau sẽ là trừ khử nhau (bị nén). Đặc tính này của cầu Wheatstone thường
được dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt của các mạch miếng đo và cũng để dùng

cho các thiết kế đặc biệt.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

10


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Hình 2.6 Cấu tạo bên trong loadcell và nguồn cấp

Hình 2.7 Một số dạng loadcell
2.2.3 Ứng dụng loadcell vào đề tài
Qua nghiên cứu và khảo sát các loại Loadcell hiện đang có trên thị trường, và vào
mục đích phù hợp với đề tài thiết kế hệ thống định lượng nên chúng em đã nghiên
cứu và sử dụng loadcell dạng thanh vào đề tài, vì nó phù hợp theo thiết kế cơ khí và
chịu tải trọng.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

11


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Hình 2.8 Loadcell UWE dạng thanh

Bảng thơng số kỹ thuật:
Đặc tính kỹ thuật
Tải trọng
Bảo vệ quá tải

Điện áp ngõ ra
Điện áp kích thích
Điện áp kích thích tối đa
Mức tuyến tính
Điện trở vào

Giá trị
0,22 - 6
9
2
10 - 12
15
0.02
±

Đơn vị
kg
kg
mV/V
VDC
VDC
%FSO
Ohms

±

Ohms

410 10

Điện trở ra

350 3
- 20 to + 60
IP66

Dãy nhiệt độ hoạt động
Cấp bảo vệ

0

C

(Nguồn: www.canvietnhat.com)
Bảng 2.1 Thông số Loadcell UWE

2.3 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH:
2.3.1 AD7730
a. Giới thiệu về IC AD7730:
IC AD7730 là một IC chuyên dụng thường được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu
Analog sang Số (ADC). Cụ thể là để chuyển tín hiệu xuất ra từ loadcell hoặc các
đầu dò áp suất. những thiết bị này có tín hiệu ngõ ra là điện áp rất nhỏ chừng vài
chục mV.
IC AD7730 cho ra tín hiệu số nối tiếp (SPI).
Nguồn cấp
+5V
Điện áp đầu vào

010mV, 20mV, 40mV, 80mV
Hoặc -10 mV  +10mV, -20 mV  +20

mV, -40 mV +40 mV and -80mV 
+80mV.
Bảng 2.2 Các giá trị điện áp vào

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

12


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC AD7730
b. Bảng chức năng của các chân:
STT Tên
Chức năng
1
SCLK
Ngõ vào xung clock cho truyền tín hiệu nối tiếp
2
MLCK IN
Ngõ vào xung clock cho IC hoạt động
3
MLCK OUT
4
POL
Ngõ vào để xác định sẽ truyền dữ liệu nối tiếp theo xung cung
lên hay cạnh xuống
5
SYNC
Chân đồng bộ khi sử dụng nhiều IC AD7730

6
RESET
Chân dùng reset IC
8
AGND
Nối với đất của phần mạch tương tự
9
AVDD
Nối với nguồn tín hiệu dương của phần mạch tương tự
10
AIN1(+)
Ngõ vào dương của tín hiệu tương tự kênh 1
11
AIN1(-)
Ngõ vào âm của tín hiệu tương tự kênh 1
12
AIN2(+)/D1
Ngõ vào dương của tín hiệu tương tự kênh 2 hoặc ngõ ra số
(phụ thuộc 2 bit DEN và D1 của thanh ghi MODE)
13
AIN2(-)/D0
Ngõ vào âm của tín hiệu tương tự kênh 2 hoặc ngõ ra số (phụ
thuộc 2 bit DEN và D0 của thanh ghi MODE)
14
REF
IN(+) Điện áp tham chiếu dương cho bộ chuyển đổi ADC
15
16,17
18
19

REF IN(-)
ACX
STANDBY
CS

Điện áp tham chiếu âm cho bộ chuyển đổi ADC
Dùng khi sử dụng cầu điện trở xoay chiều
Điều khiển chế độ ngủ động của IC
Chân chọn IC

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

13


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
20
21
22
23
24

RDY
DOUT
DIN
DVDD
DGND

Ngõ ra số. Ngõ thơng báo trạng thái IC

Ngõ ra số. Dùng để truyền dữ liệu nối tiếp
Ngõ và số. Dùng để truyền dữ liệu nối tiếp
Chân nối nguồn dương phần mạch số
Chân nối mass phần mạch số
Bảng 2.3 Chức năng các chân của IC AD7730

Hình 2.8 Sơ đồ kết nối Loadcell DC với IC AD7730.
c. Các thanh ghi trong AD7730
Có 9 thanh ghi gồm:
+ Thanh ghi giao tiếp (Communications Register)
+ Thanh ghi trạng thái (Status Register)
+ Thanh ghi dữ liệu (Data Register)
+ Thanh ghi mode (Mode Register)
+ Các thanh ghi khác (Filter Register, DAC Register, Offset Register, Gain
Register, Test Register)
Thanh ghi giao tiếp (Communication Register):
Thanh ghi giao tiếp đóng vai trị quyết định dữ liệu tiếp theo sẽ được đọc hay ghi
vào thanh ghi nào. Thanh ghi này là thanh ghi 8 bit chỉ cho phép ghi (Write Only).
Các bit và chức năng của các bit được định nghĩa:

Ví trị
CR7

Tên
WEN

CR6,CR3

ZERO

CR5,CR4

RW1,RW0

Chức năng
Write Enable Bit. Khi bit này xuống 0 thì cho phép ghi vào 7
bit tiếp theo của thanh ghi trạng thái.
Bit này phải ghi vào số 0 để đảm bảo răng IC AD7730 đang
được vận hành đúng
Read/Write mode. Hai bit này xác định hành động tiếp theo sẽ
là đọc hay ghi theo bảng giá trị

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

14


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
RW1
RW0
Ý nghĩa
0
0
Ghi 1 lần vào thanh ghi xác định
0
1
Đọc 1 lần giá trị thanh ghi xác định
1
0
Bắt đầu đọc liên tục một thanh ghi xác định

1
1
Dừng việc đọc liên tục tại thanh ghi xác địn
CR2-CR0 RS2-RS0
Ba bit xác định hành động đọc/ghi dữ liệu tiếp theo sẽ tác động
đến thanh ghi nào
Bảng 2.4Chức năng các bit trong thanh ghi giao tiếp (Communication Register)
RS2
0

RS1
0

RS0
0

Thanh ghi được chọn
Thanh ghi giao tiếp (Communication Register – Nếu đó là
hành động ghi)
Thanh ghi trạng thái (Status Register – Nếu đó là hành động
đọc)
Thanh ghi dữ liệu (Data Register)
Thanh ghi mode (Mode Register)
Filter Register
DAC Register
Offset Register
Gain Register
Test Register
Bảng 2.5 Các lựa chọn của bit RS2 – RS0

0

0

0

0
0
0
1
1
1
1

0
1
1
0
0
1
1

1
0
1
0
1
0
1

Thanh ghi trạng thái (Status Register):
Thanh ghi trạng thái là thanh ghi 8 bit chỉ đọc (Read Only). Thanh ghi cập nhật
trạng thái hiện tại của IC. Để truy cập vào thanh ghi trạng thái, 3 bit RS2-RS0 phải
được ghi là 000.

Vị trí
SR7

Tên
RDY

SR6

STDY

SR5

STBY

SR4

NOREF

SR3SR0

Chức năng
Ready Bit. Bit có trạng thái và thuật toán tương tự với chân RDY.
Các điều kiện để chân RDY lên mức cao có thể xem ở phần sau
Steady Bit. Bit sẽ cập nhật trạng thái khi bộ lọc viết kết quả vào
thanh ghi data

Standby Bit. Bit thơng báo IC đang ở chế độ bình thường hay ở chế
độ Standby
No Reference Bit. Nếu điện áp giữa 2 chân REF(+) và REF(-) dưới
0.3V. Bit sẽ lên 1.
Factory use

MS3MS0
Bảng 2.6 Chức năng các bit trong thanh ghi trạng thái (Status Register)
Thanh ghi dữ liệu (Data Register):
Thanh ghi có 16 bit hoặc 24 bit phụ thuộc vào giá trị bit MR8 của thanh ghi Mode.
Là thanh ghi chỉ đọc (Read-Only). Thanh ghi chưa dữ liệu ra số sau khi chuyển đổi
Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

15


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Thanh ghi mode (Mode Register):
Thanh ghi mode là thanh ghi 16 bit có thể đọc và ghi. Thanh ghi dùng để thiết

Vị trí
MR15MR13

Tên
MD2MD0

Chức năng
Mode bits. Ba bit dùng để xác định chế độ vận hành của AD7730.
Các mode được quy định
MD2

MD1
MD0
Mode
0
0
0
Sync Mode
0
0
1
Continuous Conversion Mode
0
1
0
Single Conversion Mode
0
1
1
Standby Mode
1
0
0
Internal Zero-Scale Calib
ation
1
0
1
Internal Full-Scale Calibration
1
1

0
System Zero-Scale Calibration
1

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

16


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
1
1
System Full-Scale Calibration
MR12

B/U

MR11

DEN

MR10MR9
MR8

D1-D0

MR7

HIREF

MR6

ZERO

MR5MR4

RN1RN0

MR3

CLKDIS

MR2

BO

MR1MR0

CH1CH0

WL

Bipolar/Unipolar Bit. Nếu bit là 0 dùng cho ngõ vào âm-dương (20mV – 20mV). Nếu bit là 1 dùng cho ngõ vào chỉ có dương (0mV
– 20mV)
Digital Output Enable. Nếu bit này là 1, 2 chân AIN2(+)/D1 và
AIN2(-)/D0 sẽ là ngõ ra số.
Digital Output Bits. Hai bit này quyết định trạng thái ngõ ra D1, D0
ở DEN mode
Data Word Length Bit. Bit này quyết định độ dài thanh ghi Data là
16 bit nếu bit này là 0 và 24 bit nếu bit này là 1

High Reference Bit. Bit này cài đặt dựa vào điện áp tham chiếu.
Nếu điện áp tham chiếu là 5V nên để bit này là 1 và điện áp tham
chiếu là 2.5V nên để bit này là 0 để đảm bảo phù hợp với ngõ vào.
Bit này phải ghi vào số 0 để đảm bảo răng IC AD7730 đang được
vận hành đúng
Input Range Bits. Bit này quyết định khoảng điện áp đầu vào.
RN1
RN0
B/U Bit = 0
B/U Bit
0
0
-10mV - +10mV
0mV – +
0
-20mV - +20mV
0mV - +
1
0
-40mV - +40mV
0mV - +
1
1
-80mV - +80mV
0mV - +
Master Clock Disable Bit. Nếu bit này là 1 thì chân MCLK OUT sẽ
được ép ở mức thấp. Điều này giúp cho người dùng có thể sử dụng
nguồn xung clock ngoại.
Burnout Current Bit.

Channel Selection Bit. Chân chọn kênh ngõ vào tương tự.
CH1
CH0
Ngõ vào dương
0
0
AIN1(+)
0
1
AIN2(+)
1
0
AIN1(-)
1
1
AIN1(-)
Bảng 2.7 Chức năng các bit trong thanh ghi chế độ (Mode Register)

Ngồi ra cịn có các thanh ghi khác để tuy chỉnh các khối lọc, bù offset, khối
khuyếch đại.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

17

Ngõ vào
AIN1(-)
AIN2(-)
AIN1(-)
AIN2(-)

Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
d. Q trình đọc và ghi dữ liệu trên Chip

Hình 2.9 Giản đồ xung của quá trình đọc dữ liệu từ IC AD7730

Hình 2.10 Giản đồ xung của quá trình ghi dữ liệu từ IC AD7730
RDY- Ready: Chân báo hiệu trạng thái của IC, khi chân RDY xuống mức thấp báo
hiệu dữ liệu ở IC AD7730 đã sẵn sàng để được đọc.
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1
đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi.IC AD7730
đóng vai trị là Slave nên cần có xung SCK từ Master.
DOUT – Digital Output: Ngõ ra dữ liệu số của IC AD7730 phục vụ cho quá trình
đọc dữ liệu chuẩn SPI
DIN – Digital Input: Ngõ vào dữ liệu số của IC AD7730 phục vụ cho quá trình ghi
dữ liệu chuẩn SPI
CS – Chip Select: Đường chọn Chip, tích cực mức thấp, nếu trường hợp ta giao
tiếp nhiều IC Slave khác nhau, sử dụng đường CS để chọn Slave nào Master cần
giao tiếp.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

18


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Q trình đọc và ghi vào thanh ghi trên chip thể hiện qua lưu đồ sau:

Start

Đọc
liên
tục ?

Đúng

Sai

Viết Byte W* vào thanh ghi giao tiếp
Viết Byte Y* vào thanh ghi giao tiếp

Đọc thanh ghi yêu cầu

Đọc thanh ghi yêu cầu

Dừng quá
trình đọc
liên tục?

Sai

Đúng

Viết Byte Z* vào thanh ghi giao tiếp
* Các Byte W, Y, Z được đề cập ở bảng dưới

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

19

Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Lưu đồ 2.1 Q trình đọc ghi trên IC AD7730

Bảng 2.8:Giá trị các Byte W,Y,Z trong quá trình đọc - ghi
2.3.2 LCD HD44780 16x2:
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất
nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị
khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ
dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài
nguyên hệ thống và giá thành rẽ …
2.3.2.1 Tổng Qt Về LCD HD44780:
Hình dáng và kích thước:
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1 là
loại LCD thơng dụng.

Hình 2.11 Hình dáng của loại LCD thơng dụng
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong
lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và
đặt tên như hình 2 :

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

20


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Hình 2.12 Sơ đồ chân của LCD

2.3.2.2 Chức năng các chân :
Châ
n
1

Ký
hiệu
Vss

Mô tả

16

-

GND cho đèn nền

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-tolow 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 - DB0 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU.
14
DB7
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
- Thiết kế
Nguồn

dương
Đồ án II:
cân điện
tử cho đèn nền 21


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Bảng 2.9 Chức năng các chân của LCD
* Ghi chú :
Ở chế độ “đọc”, nghĩa là vi xử lý sẽ đọc thơng tin từ LCD thơng qua các chânDBx.
Cịn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là vi xử lý xuất thông tin điều khiển cho LCD thông
qua các chân DBx.
2.3.2.3 Chip xử lý của LCD HD44780:
a. Các thanh ghi :
Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor
Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register)
- Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám
đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng.
Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa
là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh
tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó.
VD : Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB7…DB0)
Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110
- Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM
(ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ RAM gởi ra cho vi xử lý (ở chế độ
đọc). Nghĩa là, khi vi xử lý ghi thơng tin vào DR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự
động ghi thông tin này vào RAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ
liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để
truyền cho vi xử lý.
Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh

ghi này khi giao tiếp với vi xử lý. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai
chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp.
RS

R/W

Chức năng

0

0

Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD

0

1

Đọc cờ bận ở DB7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở
DB0 - DB6

1

0

Ghi vào thanh ghi DR

1

1

Đọc dữ liệu từ DR

Bảng 2.10: Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

22


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
b. Cờ báo bận BF: (Busy Flag)
Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảng
thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD
bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thơng qua chân DB7 khi có thiết
lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong
việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0.
c. Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter)
Thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM mà thông qua bộ đếm địa chỉ
AC. Bộ đếm này lại nối với RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ lệnh được
nạp vào thanh ghi IR, thông tin được nối trực tiếp cho RAM nhưng việc chọn lựa
vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh.
Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị và
nội dung của AC được xuất ra cho vi xử lý thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập
RS=0 và R/W=1 (xem bảng tóm tắt RS - R/W).
d. Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM)
Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ơ
kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển
thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp.
Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những vùng

RAM cịn lại khơng dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích.
e. Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM
Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và
định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự kiểu
5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 2^8 = 256 mẫu kí tự). Người dùng khơng thể thay
đổi vùng ROM này.
Như vậy, để có thể ghi vào vị trí thứ x trên màn hình một kí tự y nào đó, người dùng
phải ghi vào vùng DDRAM tại địa chỉ x (xem bảng mối liên hệ giữa DDRAM và vị
trí hiển thị) một chuỗi mã kí tự 8 bit trên CGROM. Chú ý là trong bảng mã kí tự
trong CGROM ở hình bên dưới có mã ROM A00.
Ví dụ : Ghi vào DDRAM tại địa chỉ “01” một chuỗi 8 bit “01100010” thì trên LCD
tại ơ thứ 2 từ trái sang (dịng trên) sẽ hiển thị kí tự “b”.

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

23


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Bảng 2.11: Bảng mã kí tự (ROM code A00)
f. Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM : (Character Generator RAM)
Như trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000 để
người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng. Tuy nhiên dung lượng vùng này
rất hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10 điểm
ảnh.
2.3.2.4 Tập lệnh của LCD
Tên lệnh Hoạt động
Clear

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

Display

DBx = 0 0 0 0 0 0 0 1

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

24


Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
Lệnh Clear Display (xóa hiển thị) sẽ ghi một khoảng trống-blank (mã
hiện kí tự 20H) vào tất cả ơ nhớ trong DDRAM, sau đó trả bộ đếm địa
AC=0, trả lại kiểu hiển thị gốc nếu nó bị thay đổi. Nghĩa là : Tắt hiển
thị, con trỏ dời về góc trái (hàng đầu tiên), chế độ tăng AC.
Return

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

home

DBx = 0 0 0 0 0 0 1 *
Lệnh Return home trả bộ đếm địa chỉ AC về 0, trả lại kiểu hiển thị gốc
nếu nó bị thay đổi. Nội dung của DDRAM không thay đổi.

Entry

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

mode set DBx = 0 0 0 0 0 1 [I/D] [S]
I/D : Tăng (I/D=1) hoặc giảm (I/D=0) bộ đếm địa chỉ hiển thị AC 1
đơn vị mỗi khi có hành động ghi hoặc đọc vùng DDRAM. Vị trí con
trỏ cũng di chuyển theo sự tăng giảm này.
S : Khi S=1 toàn bộ nội dung hiển thị bị dịch sang phải (I/D=0) hoặc
sang trái (I/D=1) mỗi khi có hành động ghi vùng DDRAM. Khi S=0:
không dịch nội dung hiển thị. Nội dung hiển thị không dịch khi đọc
DDRAM hoặc đọc/ghi vùng CGRAM.
Display

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

on/off

DBx = 0 0 0 0 1 [D] [C] [B]

control

D: Hiển thị màn hình khi D=1 và ngược lại. Khi tắt hiển thị, nội dung
DDRAM không thay đổi.
C: Hiển thị con trỏ khi C=1 và ngược lại.
B: Nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ khi B=1 và ngược lại.
Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms khi mạch dao động nội LCD là
250kHz.

Cursor

Mã lệnh : DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

or

DBx = 0 0 0 1 [S/C] [R/L] * *

display

Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển con trỏ hay dữ liệu hiển thị
sang trái mà không cần hành động ghi/đọc dữ liệu. Khi hiển thị kiểu 2
dòng, con trỏ sẽ nhảy xuống dòng dưới khi dịch qua vị trí thứ 40 của

Đồ án II: Thiết kế cân điện tử

25