baocao do an vi xu ly vi dieu khien

Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

1
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

2
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN..............................5
1.

Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển:..........................................5
1.1.

Tìm hiểu về đề tài:...............................................................................................................5

1.2.

Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối:.......................................................................................6

2.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:............................................................................................7

CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG.......................................9
1.

Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống:.....................................................................................9

2.

Chọn linh kiện trong hệ thống:...................................................................................................9
2.1

. Vi điều khiển PIC16F877A:..............................................................................................9

2.2

. Quang trở:........................................................................................................................16

a.

Giới thiệu:.............................................................................................................................16

b.

Sử dụng bộ cảm biến photoresistor:......................................................................................16

2.3

. Led 7 đoạn:......................................................................................................................17

a.

Giới thiệu:.............................................................................................................................17

b.

Sử dụng led 7 đoạn anode chung:.........................................................................................17

2.4

. Điện trở:...........................................................................................................................18

2.5

. Tụ điện:............................................................................................................................19

a. Giới thiệu:.................................................................................................................................19
b. Sử dụng tụ gốm:.......................................................................................................................19
2.6

. Thạch anh:.......................................................................................................................20

2.7. Nguồn DC 5V Adapter:.........................................................................................................20
2.8
3.

. Transistor........................................................................................................................20

Tính toán linh kiện:...................................................................................................................21

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG..........................................................................................23
1.

2.

Thiết kế mạch nguyên lý:.........................................................................................................23
1.1.

Module cảm biến:..............................................................................................................23

1.2.

Module điều khiển trung tâm:...........................................................................................24

1.3.

Module tương tác điều khiển (hiển thị):............................................................................24

1.4.

Module chấp hành:............................................................................................................25

Chạy mô phỏng:........................................................................................................................26
2.1.

Lưu đồ thuật toán:.............................................................................................................26

3

Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

2.2.

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Mô phỏng:.........................................................................................................................26

CHƯƠNG IV: CHẾ TẠO MẠCH THỰC TẾ.....................................................................................29
1.

Thiết kế mạch in:......................................................................................................................29

2.

Lắp đặt thiết bị và hoàn thiện mạch:.........................................................................................30

3.

Đánh giá kết quả:......................................................................................................................30

4
Nhóm thực hiện: Nhóm 5

Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN.
1. Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển:
1.1.

Tìm hiểu về đề tài:
a. Khái quát chung:
“Thiết kế hệ thống tự động bật đèn khi trời tối”

Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt
và sản xuất của con người. Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị dân dụng điều có sự
góp mặt của Vi điều khiển và vi xử lý. Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống
làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định
của thiết bị cũng như hệ thống. Trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051
của hãng Intell, PIC của hãng Microchip, H8 của hãng Hitachi,vv....
Việc phát triển ứng dụng các hệ thống vi điều khiển đòi hỏi những hiểu biết về
cả phần cứng và phần mềm, nhưng cũng chính vì vậy mà các hệ thống vi xử lý được
sử dụng đẻ giải quyết các bài toán khác nhau. Tính đa dạng của các ứng dụng phụ
thuộc vào việc lựa chọn các hệ thống vi xử lý cụ thể cũng như vào kỹ thuật lập trình.
Các bộ vi xử lý có mặt trong các thiết bị điện tử hiện đại như máy thu hình, máy
ghi hình dàn âm thanh, các bộ điều khiển cho lò sưởi và hệ thống điều hòa đến các
thiết bị điều khiển dùng trong công nghiệp. Lĩnh vực ứng dụng của hệ thống vi xử lý
như nghiên cứu khoa học, cũng như trong y tế giao thông đến công nghiệp, năng
lượng... Chúng ta có thể sử dụng các ngôn ngữ khác như lập trình C, C++, Visual,...
Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành tự động hóa, rất nhiều
ứng dụng của tự động hóa đã giúp ích cho con người rất nhiều đời sống cũng như

trong sản xuất nhằm nâng cao năng suất lao động và giảm thiểu tối đa sức lao động
của con người. Ứng dụng được mọi người biết đến nhiều nhất là hệ thống tự đóng
ngắt đèn không cần sự tác động của con người. Xuất phát từ thực tiễn trên kết hợp với
những kiến thức chúng em có được trong quá trình học tập tại Trường Đại Học Bách
Khoa Đà Nẵng, chúng em đã được thầy TS.Ngô Đình Thanh giao đề tài “thiết kế hệ
thống tự động bật đèn khi trời tối” đặt tại các hành lang ngoài trời, làm đồ án môn học
“Vi điều khiển – vi xử lý”.

5
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

b. Yêu cầu đề tài:
- Dùng cảm biến ánh sáng. Hiển thị thông số đo được bằng LED 7 đoạn.
- Thao tác điều khiển khống chế được mô phỏng bằng 3 LED màu xanh, vàng,
đỏ.
- Xây dựng 2 chương trình riêng biệt gồm:
. Dùng ngôn ngữ C để lập trình hệ thống
. Dùng hợp ngữ để lập trình phần thiết lập ban đầu
- Hệ thống tối thiểu phải có: Vi điều khiển, cảm biến, hiển thị, một số phím bấm.
- Chương trình vi điều khiển có sử dụng timer, ngắt.
c. Phương án thiết kế:
- Dùng quang trở để cảm biến ánh sáng.
- Hiển thị số lần bật tắt bằng LED 7 đoạn.
- Hiển thị các mức sáng theo cường độ cảm biến ánh sáng đã đo được bằng 3
LED màu xanh, vàng, đỏ.

- Khối nguồn cung cấp: Adapter 5V/2A.
- Vi điều khiển sử dụng PIC16F877A.
- Chương trình để điều khiển sử dụng CCS để mô phỏng.
1.2.

Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối:
a. Mục tiêu:

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của đèn chiếu sáng công cộng, từ đó tìm hiểu
nguyên tắc điều khiển đèn cũng như mạch điều khiển.
- Mục tiêu là điều khiển độ sáng của đèn và điều khiển tự động (bật, tắt) đèn qua
cảm biến ánh sáng (quang trở).
- Qua tìm hiểu, sinh viên có thể vẽ toàn bộ sơ đồ mạch điều khiển, tiếp theo là
mô phỏng mạch cảm biến ánh sáng trên phần mềm proteus, từ đố tiến hành mua
linh kiện cần thiết và khâu còn lại là đấu dây và chạy thử.

b. Sơ đồ khối:
6
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống vi điều khiển PIC

2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Sơ đồ khối của hệ thống bật, tắt đèn khi trời tối như trên hình với nguyên lý
hoạt động khá đơn giản. Các khối nguồn hoạt động và cấp nguồn 5V để giúp

các khối như khối hiển thị và cảm biến ánh sáng có thể hoạt động và đặc biệt là
vi điều khiển PIC 16F877A. Nhìn chung thì hệ thống sẽ hoạt động dựa trên
nguyên lý:
- Khi có nguồn nuôi mạch, cảm biến ánh sáng sẽ tương tác với bên ngoài.
- Sau đó, cảm biến sẽ gửi dữ liệu qua vi điều khiển PIC. Vi điều khiển sẽ nhận
được dải nhiều giá trị về mức độ sáng tối từ cảm biến ánh sáng, tính toán.
- Dựa vào dải nhiều giá trị về mức độ sáng tối mà cảm biến ánh sáng gửi về, vi
điều khiển sẽ liên tục so sánh giá trị nhận được trong dải đó với ngưỡng đã lập
trình sẵn và đồng thời mô phỏng theo các mức:
. Mức cao(3): 0-200
. Mức bình thường(2): 200 - 400
. Mức thấp(1): 400-600
7
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Hiển thị tương ứng trên các LED xanh, vàng, đỏ.
- Khi ngoài trời sáng, tức là ở mức cao, khối nguồn sẽ cấp nguồn cho LED xanh
để thông báo.
- Tương tự khi trời tối, tức là ở mức thấp, vi điều khiển sẽ xuất dữ liệu cho bộ
điều khiển và LED đỏ sẽ được cấp nguồn
Các khối hiển thị có chức năng như sau:
- Khối điều khiển (3 LED xanh, đỏ, vàng): Khi cảm biến nhận một dải giá trị rồi
gửi về cho vi điều khiển thì sẽ có chương trình điều khiển khống chế được thực
hiện trong vi điều khiển để nhận biết cái dải ánh sáng. Từ đó xuất ra đèn báo
mức độ sáng tối của môi trường được mô phỏng bằng 3 LED xanh, đỏ, vàng.

- Khối hiển thị số lần bật (LED 7 đoạn) sẽ hiển thị số lần bật tắt của ba led xanh,
đỏ, vàng.
- Vi điều khiển sẽ xuất dữ liệu và điều khiển bật, tắt các led xanh, đỏ, vàng theo
mức độ sáng tối của môi trường.

8
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG
TRONG HỆ THỐNG.
1. Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống:
Hệ thống tự động bật đèn khi trời tối có các phần chính như:
- Khối nguồn DC 5V adapter
- Khối cảm biến: Sử dụng quang trở để làm module cảm biến ánh sáng
- Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A
- Khối hiển thị: LED 7 đoạn, và các LED đơn khác.

2. Chọn linh kiện trong hệ thống:
2.1. Vi điều khiển PIC16F877A:
a. Sơ đồ chân của PIC16F877A:

Hình 2: Sơ đồ chân pic16f877a.
 PIC16F877A có tất cả 40 chân
9
Nhóm thực hiện: Nhóm 5

Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2
chân thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển:
 5 PORT của PIC16F877A:
- PORT B: 8 chân
- PORT D: 8 chân
- PORT C: 8 chân
- PORT A: 6 chân
- PORT E: 3 chân
b. Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A:
PORTA:
PORTA gồm có 6 chân. Các chân của PortA, ta lập trình để có thể thực
hiện được chức năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi
và nhập dữ liệu từ ngoại vi vào vi điều khiển.
Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877A khác với họ 8051. Ở tất cả các
PORT của PIC16F877A, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức
năng :xuất hoặc nhập. Để chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất
hay ngược lại, ta phải xử lý bằng phần mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào
là chức năng nhập, lúc nào là chức năng xuất.
Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghi
TRISA ở địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên. Muốn xác lập các
chân nào của PORTA là nhập (input) thì ta set bit tương ứng chân đó trong
thanh ghi TRISA. Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta clear bit tương
ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn toàn tương tự đối với
các PORT còn lại.

Ngồi ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau:
- Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog
sang Digital
- Ngõ vào điện thế so sánh
- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện
các nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
PORTB:

10
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện
được 2 chức năng : input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới
thanh ghi TRISB. Khi muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit
tương ứng trong thanh ghi TRISB, ngược lại muốn chân nào là output thì ta
clear bit tương ứng trong TRISB.
Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển
được bằng chương trình.
PORTC:
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output
dưới sự điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.
Ngồi ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau:
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty

cycle: sử dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART
PORTD:
PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và
output của PORTD tương tự như trên. PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của
chuẩn giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port).
PORTE:
PORTE có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE.
Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các
chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
c. Cấu trúc phần cứng của PIC16F877A:
PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho
hầu hết tất cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới
làm quen với PIC có thể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của
mình.
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau:
- 8K Flash Rom
- 368 bytes Ram
- 256 bytes EFPROM
- 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập
- 2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit
11
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

- 1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng

lượng với nguồn xung clock ngoài
- 2 bộ Capture/ Compare/ PWM
- 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
- 2 bộ so sánh tương tự
- 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
- 1 cổng nối tiếp
- 15 nguồn ngắt

Hình 3: Sơ đồ khối vi điều khiển pic16f877a.
 Công suất nhập I/O:
Trong vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng:
12
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Cổng A gồm 6 chân: RA0, RA1.. RA5
Cổng B gồm 8 chân: RB0, RB1,..RB7
Cổng C gồm 8 chân: RC0, RC1, ..RC7
Cổng D gồm 8 chân: RD0, RD1,..RD7
Cổng E gồm 3 chân: RE0, RE1, RE2
Mỗi cổng thực chất được quản lý bởi các thanh ghi PORTA, PORTB, PORTC,
PORTD, PORTE nằm trong bộ nhớ RAM của vi điều khiển. Xem hình sau:

Bộ nhớ RAM của vi điều khiển PIC 16F877A gồm 4 bank nhớ. Nhìn
vào các bank nhớ ta có thể thấy các thanh ghi được đặt tên và các thanh

ghi đa mục đích (General Purpose Register).
13
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Các thanh ghi được đặt tên là các thanh ghi đặc biệt dùng để điều
khiển, quản lý hoặc thể hiện trạng thái của các khối chức năng trong vi
điều khiển ví dụ PORTA là đại diện cho các chân cổng A, PORTB là đại
diện cho các chân cổng B v.v. Các thanh ghi này có địa chỉ xác định và
không được dùng cho các mục đích khác
Các thanh ghi đa mục đích được dùng để đặt biến trong một chương
trình ứng dụng của vi điều khiển. Nhìn vào bản đồ bộ nhớ RAM, ta thấy
biến có thể đặt từ địa chỉ 20F đến 7Fh trong bank nhớ 0, A0h-EFh, 120h16Fh, 1A0h-1EFh.
Trở lại vấn đề về các cổng, tới đây ta có thể đưa ra nhận xét:
Thanh ghi PORTA phản ánh trạng thái của các chân cổng A, nghĩa là
muốn tín hiệu đầu ra của các chân cổng A như thế nào ta chỉ việc đưa giá
trị vào các bit tương ứng trên thanh ghi PORTA. Cũng như khi đọc giá trị
của thanh ghi PORTA ta sẽ biết được trạng thái của các chân cổng A.
Muốn RA0 ở mức logic 1 (mức 5V), RA1 ở mức logic 0 (mức 0V),
RA2 ở mức logic 1, RA3 ở mức logic 0, RA4 ở mức logic 1, RA5 ở mức
logic 1, ta chỉ việc gán giá trị 000110101 cho thanh ghi PORTA.
X

X

1

1
RA5
RA4
X: không quan tâm.

0
RA3

1
RA2

0
RA1

1
RA0

Tương tự như vậy với PORTB,PORT C,PORTD,PORTE.

 Tính đa chức năng của một chân vi điều khiển:
Nhìn vào sơ đồ chân của vi điều khiển, ta có thể thấy một số chân của
vi điều khiển có tên gồm nhiều phần với dấu gạch chéo. Ví dụ:
RA0/AN0, RC7/RX/DT, RC6/TX/CK Đây chính là tính đa chức năng
của một chân trên vi điều khiển hay còn gọi là sự dồn kênh.
Ý nghĩa của nó là:
Bình thường nếu không được cài đặt thì tấc cả các chân trên 5 cổng A,
B, C, D, E là các chân vào ra số I/O.
Nếu trong chương trình ta có cài đặt một chức năng nào đó như
RS232, ADC hoặc PWM v.v thì các chân tương ứng với chức năng đó sẽ
14

Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

hoạt động theo chức năng đó. Khi đó chân này sẽ không được dùng làm
chân vào ra số như bình thường nữa.
Ví dụ: bình thường chân RA0/ANO là chân vào ra số RA0, nếu chức
năng ADC với kênh vào tín hiệu analog là kênh 0 được cài đặt khi đó
chân RA0 /AN0 sẽ là chân vào của bộ ADC, tức là hoạt động theo chức
năng AN0.
Tương tự như vậy, khi cài đặt giao tiếp với thiết bị ngoại vi theo chuẩn
RS232, chân vào ra số RC7/RX/DT sẽ hoạt động như đầu vào dữ liệu
RS232 tức là chức năng RX của chân này.

 Cài đặc vào/ra cho các chân vào ra số trên các cổng:
Các chân vào/ra số trên vi điều khiển PIC phải được cài đặt là chân
vào hoặc chân ra thì mới hoạt động đúng chức năng. Việc một chân trên
cổng X (X=A,B,..E) được qui định là đầu ra hay đầu vào phụ thuộc vào
bit tương ứng trên thanh ghi TRISX (X=A,B,..E) là 0 hay 1.
Ví dụ: Muốn 4 chân thấp (bit thấp) trên cổng B (RB0-RB3) là chân vào, 4
chân cao (bit cao) trên cổng B (RB4-RB7) là chân ra thì các giá trị các bit
trên thanh ghi TRISB sẽ là:
0

0

0

0

1

1

1

1

Gợi ý dễ nhớ là:
Để chân RB.m (m=0-7) là đầu ra, tức Output thì giá trị TRISB.m là 0 Là
đầu vào, tức Input thì giá trị TRISB.m là 1
Tương tự như vậy đối với các chân trên các cổng còn lại

 Các đặc tính ngoại vi:
Bao gồm các khối chức năng sau:
- Timer0: Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
- Timer1: Bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng
đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế
độ sleep.

15
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

- Timer2: Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
2.2. Quang trở:
a. Giới thiệu:
Quang trở là linh kiện điện tử chế tạo bằng chất đặc biệt có điện trở thay
đổi theo ánh sáng chiếu vào.
Quang trở làm bằng chất bán dẫn trở kháng cao và không có tiếp giáp nào.
Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ. Khi có ánh sáng, điện trở
giảm xuống mức một vài trăm Ω.

Hình 4: Hình dạng và kí hiệu của quang trở.
b. Sử dụng bộ cảm biến photoresistor:
Bộ cảm biến photoresistor loại nhạy cảm, cho tín hiệu ổn định, rõ ràng và
chính xác hơn so với quang trở.
Ngõ ra D0 trên cảm biến được dùng để xác định cường độ sáng của môi
trường, khi ở ngoài sáng, ngõ ra D0 là giá trị 0, khi ở trong tối, ngõ ra D0 là 1.
Trên cảm biến có 1 biến trở để điều chỉnh cường độ sáng phát hiện, khi văn
cùng chiều kim đồng hồ thì sẽ làm giảm cường độ sáng nhận biết của cảm biến,
tức là môi trường phải ít sáng hơn nữa thì cảm biến mới đọc gía trị digital là 1.





Thông số kỹ thuật:
Điện áp làm việc: 3.3 ~ 5VDC
Output: Digital
Có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng phát hiện bằng biến trở gắn trên cảm biến
Kích thước: 3.2cm x 1.4cm

16
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Hình 5: Hình dạng module quang trở.
2.3. Led 7 đoạn:
a. Giới thiệu:
Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình
dạng số 8 và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc
dưới, bên phải của led 7 đoạn 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc
Cathode (cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài
để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân
riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện.

Hình 6: Hình dạng của led 7 đoạn.
b. Sử dụng led 7 đoạn anode chung:
Sử dụng led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với
+Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn,
led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0

17
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Hình 7:Nối 7 led anode chung.

Hình 8: Bảng mã hiện thị led 7 đoạn anode chung.
2.4. Điện trở:
Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của
một vật dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật
thể với cường độ dòng điện đi qua nó.

Hình 9: Hình dạng và kí hiệu của điện trở.
- Được xác định bởi công thức R=
- Trong đó:
+ U là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng Vôn (V)
+ I là cường độ dòng diện đi qua vật dẫn điện, đo bằng Ampe (A)
18
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

+ R là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)
2.5. Tụ điện:
a. Giới thiệu:
- Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, được cấu tạo bởi hai
bản cực đặt song song, có tính chất cách điện một chiều nhưng cho dòng điện
xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.
- Cấu tạo của tụ điện: bên trong tụ điện là 2 bản cực kim loại được đặt cách

điện với nhau, môi trường giữa 2 bản tụ này được gọi là điện môi (môi trường
không dẫn điện). Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao
su, gốm, thuỷ tinh... Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có
tên gọi tương ứng.
- Đặt tính cơ bản: Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng
lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các
điện tích này để tạo thanh dòng điện.Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ,
nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.
- Ký hiệu: tụ điện có ký hiệu là C

Hình 10: Kí hiệu của tụ điện.
- Đơn vị của tụ điện : Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và
trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:
1F=10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara
b. Sử dụng tụ gốm:
- Tụ gốm là các tụ không phân cực và có trị số nhỏ < 470 NanoFara, còn tụ
hoá thường có trị số lớn từ 0,47 Micro Fara đến hàng nghìn Micro Fara và tụ
hoá có phân cực âm dương.
- Tụ gốm ( hình dẹt ) trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số VD : 103J,
223K, 471J vv… Trong đó ba số đầu ký hiệu cho giá trị , chữ J hoặc K ở cuối
kà ký hiệu cho sai số .

2.6. Thạch anh:
19
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Là một linh kiện làm bằng tinh thể đá thạch anh được mài phẳng chính xác.
Linh kiện thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng này có tính
thuận nghịch. Khi áp một điện áp vào 2 mặt của thạch anh, nó sẽ bị biến dạng.
Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện áp. Linh kiện
thạch anh chuyên dùng để tạo ra các xung nhịp dao động, để chạy các câu lệnh.

Hình 11: Hình dạng và kí hiệu của thạch anh.
2.7. Nguồn DC 5V Adapter:
- Nguồn Adapter 5V/2A được sử dụng phổ biến và rộng rãi vì sự tiện lợi
về mặt kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ. Adapter 5VDC cho ra công suất
ổn định hoạt động trong khoảng thời gian dài.
- Thông số kĩ thuật:
. Điện áp ngõ vào: 100~240VAC, 50/60Hz.
. Điện áp ngõ ra: 5VDC.
. Dòng điện ngõ ra tối đa: 2A (nếu sử dụng liên tục nên cung cấp ở mức
80% công suất).
. Kiểu nguồn: nguồn xung.
. Kiểu giắc ngõ ra: Chuẩn Jack DC tròn đường kính ngoài 5.5mm, đường
kính trong phù hợp với lỗ kim từ 2.1~2.5mm.
2.8. Transistor
Transistor hay còn gọi là tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động.
Thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hay khóa điện tử. Tranzito
được tạo thành từ hai lớp bán dẫn điện ghép lại với nhau. Như hình chúng ta có
thể thấy có hai loại bán dẫn điện là loại p và loại n. Khi ghép một bán dẫn điện
âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được Transistor loại PNP. Còn khi ghép
20
Nhóm thực hiện: Nhóm 5

Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được Tranzito NPN.
Chính vì thế Transistor được chia ra làm 2 loại là NPN và PNP.

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B
(Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn
bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực
góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N
hay P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị
cho nhau được.
Công dụng: Transistor công tắc như một chiếc khóa điện tử để kích hoạt chế độ
bật tắt cho các ứng dụng năng lượng cao và thấp.
Transistor dùng với mục đích khuếch đại có vẻ như gần gũi hơn khi
chúng được dùng trong điện thoại, TV để khuếch đại âm thanh và hình ảnh hay
các thiết bị điện tử khác.
Ở mạch chúng em dùng trasistor để đóng ngắt

3. Tính toán linh kiện:
 Mạch nguồn dùng adapter ngõ ra DC 5V, jack cắm DC 5V
 Pic 16f877a
 Thạch anh: Chọn loại 12MHz, ta sẽ có xung nhịp 1MHz, như vậy chu kỳ lệnh
sẽ là 1us.
 Để tăng độ ổn định tần số, dùng thêm 2 tụ gốm nhỏ 33pF x2, tụ bù nhiệt ổn tần.
 Led 7 đoạn đôi mắc nối tiếp anode chung
Thời gian quét led:
Ta dùng 2 led 7 đoạn. Theo nguyên lý quét led nếu có ít nhất 24 hình ảnh
trên 1 giây thì vật đó dường như luôn xuất hiện hiện tượng lưu ảnh trên võng

21
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

mạc. Ở đây ta chọn 25fps, tức 1 giây có 25 lần luôn chuyển giữa các led. Do đó
thời gian bật/ tắt của 1 led là:
 Cảm biến ánh sáng: dùng module cảm biến MH-Sensor-Series
 3 led đơn kiểu cathode màu vàng, đỏ, xanh, mức logic 1 làm đèn sáng và ngược
lại, nối với PORTC
 Tính toán điện trở:
Điện áp của led đơn 2V, dòng qua led là 10mA, điện trở hạn dòng được tính
như sau :
 Ta chọn loại , sử dụng 5 con,1 điện trở 10kΩ mắc với nút reset, 1 điện trở 1k
mắc với cảm biến
 Nút reset 2 chân, domino 2p

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
1. Thiết kế mạch nguyên lý:
22
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

1.1.

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Hình 12: Sơ đồ mạch nguyên lý của hệ thống.
Module cảm biến:

Cảm biến ánh sáng quang trở phát hiện cường độ
ánh sáng, sử dụng bộ cảm biến photoresistor loại nhạy
cảm, cho tín hiệu ổn định, rõ ràng và chính xác hơn so
với quang trở.
Gắn vào chân RA0 để đo tín hiệu analog từ đó
chuyển đổi sang tín hiệu digital bằng bộ chuyển đổi
ADC trong pic16f877a.
Hình 13: Module cảm biến.
1.2.

Module điều khiển trung tâm:

Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển Pic 16F877A. Khi có tín hiệu
từ bộ cảm biến ánh sáng qua chân RA0 của cổng A thì vi điều khiển sẽ kích
23
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

hoạt ngắt cổng A, qua thuật toán đã nạp Pic thực hiện chương trình điều khiển
đưa tới các cổng B và C, tín hiệu để điều khiển khối hiển thị (Led 7 đoạn) và
khối chấp hành.

Bộ tạo dao động dùng thạch anh 12MHz cung cấp ngồn dao động cho Pic
Bộ Reset cấp nguồn 5V và xác lập trạng thái ban đầu cho Pic18F877A.

1.3.

Hình 14: Module điều khiển trung tâm.
Module tương tác điều khiển (hiển thị):

Sử dụng phương pháp quét led: 2 LED sẽ không bật tắt đồng thời mà luân
phiên bật tắt với tần số đủ cao để mắt thường không thể phân biệt được sự thay
đổi này.
Cả 2 led 7 đoạn Anode chung (mức 0 đèn sáng) đều nối cùng 1 port
(PORTB) 2 chân Anode chung của mỗi led được nối theo thứ tự là chân RC0 và
RC1 thông qua NPN transistor.
NPN transistor: khi dữ liệu đưa vào đầu B là mức cao (mức 1), dòng sẽ đi từ
E đến C, làm led 7 đoạn sáng, tín hiệu đưa vào mức 1 thì ngược lại.
24
Nhóm thực hiện: Nhóm 5


Đồ án: Vi điều khiển – vi xử lý

GVHG: TS. Ngô Đình Thanh

Với Transistor ta có thể thay đổi mức tín hiệu liên tục.

Hình 15: Module tương tác điều khiển hiển thị.
1.4.

Module chấp hành:

Vi xử lý sau khi xử lý tín hiệu sẽ gửi lệnh điều khiển. Nếu:
. Cường độ ánh sáng nằm trong
khoảng 0 – 204,6 sẽ thuộc khoảng mức
sáng thấp, và Led đỏ sẽ được cấp nguồn.
. Cường độ ánh sáng nằm trong
khoảng 204,6 - 409,2 sẽ thuộc khoảng
mức sáng trung bình, và Led vàng sẽ được
cấp nguồn.
. Cường độ ánh sáng nằm trong
khoảng 409,2 – 613,8 sẽ thuộc khoảng
mức sáng cao, và Led xanh sẽ được cấp
nguồn.
Hình 16: Module chấp hành.
2. Chạy mô phỏng:
2.1.

Lưu đồ thuật toán:

25
Nhóm thực hiện: Nhóm 5