Báo cáo mạch đếm sản phẩm hiển thị led 7 đoạn sử dụng 89S52

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN
PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

“Phân tích và thiết kế mạch đếm sản
phẩm”
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Tống Văn Luyên
Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 2
1. Nguyễn Mạnh Toản
2. Trần Văn Thụy

Hà Nội, 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Họ và tên sinh viên:...........................................................MSV:......................
2. Tên đề tài:...........................................................................................................
3. Tổng quát về thuyết minh:................................................................................
Số trang:............................số chương.......................số sản phẩm:..................
Số hình ảnh:......................số bảng số liệu:..............số TLTK:.......................
4. Những nội dung chính đã thực hiện được so với yêu cầu của nhiệm vụ đề
ra:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

5. Những ưu điểm chính
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
6. Những điểm hạn chế cần khắc phục:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
7. Đánh giá chung:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………..
--------------2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà
trong đó là kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật,
quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin. Do đó chúng ta phải nắm bắt và
vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ
thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất,
chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong q trình sản xuất. Một trong
những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm
làm ra được đếm một cách tự động.

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa
được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn cịn sử dụng nhân
cơng.
Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều
gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép
tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Nên
chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế. Để
làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính là: bộ phận cảm biến và bộ phận
đếm.
Bộ phận cảm biến: bộ cảm biến phát và bộ cảm biến thu. Thông thường người ta sử
dụng phần phát là LED hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống
nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng
hồng ngoại.
Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó là:
- Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại
- Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lý
- Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Mục Lục
Trang

LỜI NĨI ĐẦU.................................................................................................................................3
Mục Lục...........................................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH.........................................................................................................................5

DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................................5
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................................6
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..............................................................................................................7
1.Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài.....................................................................................................7
2.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước có liên quan đến đề tài.........................8
3.Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................................8
4.Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................................................8
5.Đối tượng – phạm vi nghiên cứu...............................................................................................9
6.Phương pháp nguyên cứu..........................................................................................................9
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................................................10
1.1 Nội dung nghiên cứu............................................................................................................10
1.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051..............................................................................10
1.1.2 IC ổn áp LM7805...........................................................................................................14
1.1.3 Cảm biến hồng ngoại.....................................................................................................15
1.1.4 LED 7 đoạn Anode chung..............................................................................................16
1.1.5 Một số linh kiện khác.....................................................................................................18
1.2 Các phần mềm sử dụng........................................................................................................20
1.2.1 Phần mềm Proteus..........................................................................................................20
1.2.2 Phần mềm lập trình – Keil C..........................................................................................20
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM..........21
2.1 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ khối chức năng....................................................................21
2.1.1 Nguyên lý hoạt động......................................................................................................21
2.1.2 Sơ đồ khối......................................................................................................................21
2.1.3 Lưu đồ giải thuật............................................................................................................22
2.2 Mô phỏng khối vi điều khiển AT89S52 và hiển thị LED 7 đoạn........................................22
2.3 Mô phỏng khối nguồn..........................................................................................................23
2.4 Mạch mơ phỏng hồn chỉnh.................................................................................................24
2.5 Thi cơng mạch thật...............................................................................................................25
2.6 Chương trình nạp cho vi điều khiển.....................................................................................26
2.7 Thực Nghiệm........................................................................................................................27

2.7.1 Sơ đồ nguyên lý mạch dùng phần mềm Proteus............................................................27
2.7.2 Kết quả thực hiện đếm sản phẩm trên mạch thực tế......................................................27
2.7.3 Hồn thiện mơ hình bang chuyền mini..........................................................................28
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......................................................................29
Kết luận......................................................................................................................................29
Kiến nghị - Hướng phát triển.....................................................................................................29
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................30
BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC...............................................................................................30

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52..............................................................10
Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển AT89S52.........................................................14
Hình 1.3: IC ổn áp LM7805.........................................................................................14
Hình 1.4: Mắt thu và mắt phát hồng ngoại...................................................................15
Hình 1.5: Hình dạng và cấu tạo LED 7 ddaonj Anode chung......................................16
Hình 1.6: Hình dạng LED 7 đoạn...............................................................................17
Hình 1.7: Hình dạng và sơ đồ chân IC CD4093...........................................................18
Hình 1.8 :Hình dáng các loại tụ điện gốm- tụ hóa........................................................19
Hình 1.9: Ký hiệu và cấu tạo Transistor.......................................................................19
Hình 1.10: Ký hiệu và hình dáng điện trở....................................................................19
Hình 2.1: Sơ đồ mạch thiết kế......................................................................................21
Hình 2.2: Lưu đồ giải thuật..........................................................................................22
Hình 2.3: Sơ đồ mạch khối vi điều khiển và hiển thị...................................................22

Hình 2.4: Sơ đồ ngun lí mạch nguồn 5VDC.............................................................23
Hình 2.5: Sơ đồ mạch đếm sản phẩm trên proteus.......................................................24
Hình 2.6: Mạch in PCB................................................................................................24
Hình 2.7: Mơ hình mạch đếm hồn chỉnh....................................................................25
Hình 2.8: Chương trình nạp cho vi điều khiển.............................................................26
Hình 2.9: Sơ đồ mơ phỏng mạch chạy trên Proteus.....................................................27
Hình 2.10: Kết quả đếm sản phẩm trên mạch thực tế...................................................27
Hình 2.11: Mơ hình bang chuyền mini đã hồn thiện……………………………...…28

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Các chức năng đặc biệt của port 3……………………………………….. 11
Bảng 2: Nội dung các thanh ghi sau khi vi điều khiển bị reset……………………13
Bảng 3: Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung……………………………. 16

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Bảng 4: Bảng phân chia công việc………………………………………………...30

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện Bài tập lớn này không thể không kể đến những sự hỗ trợ của gia
đình, thầy cơ và bạn bè. Trước tiên em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới giảng viên
hướng dẫn Tống Văn Luyên – thầy trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho nhóm em. Sự
giúp đỡ ủng hộ đó chính là nguồn động lực to lớn giúp em hoàn thành Bài tập lớn này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Đặt vấn đề, lý do chọn đề tài
Trong kỷ nguyên công nghệ hiện nay, sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật, các mơ hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm ra đời dựa vào cơng nghệ
chế tạo vi mạch và lập trình nhúng cho vi điều khiển. Vi điều khiển tích hợp nhỏ gọn,
giá thành thấp, tính linh động cao, tiết kiệm nguồn năng lượng.
Hiện nay, ở Việt Nam và thế giới có rất nhiều loại mơ hình đếm sản phẩm, băng
truyền đếm sản phẩm đã được thiết kế thi công giúp con người giảm chi phí nhân cơng,
quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin. Mơ hình đếm sản phẩm tự động,
giúp bớt được nhiều sức lao động và thời gian, giúp tăng hiệu suất lao động, đồng thời
đảm bảo độ chính xác.
Ngày nay, các vi điều khiển đã có một bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao,
khả năng xử lý mạnh, tiêu thụ năng lượng ít và giá thành thấp. Khi được nạp phần mềm
nhúng, các vi điều khiển này sẽ hoạt động độc lập theo ứng dụng cụ thể.
Xuất phát từ những bài học thực tập trên lớp và tham quan các doanh nghiệp sản
xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong q trình sản xuất. Một
trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản
phẩm làm ra được đếm một cách tự động.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn tồn chưa
được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn cịn sử dụng nhân
cơng.
Từ những điều đã được thấy và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều
gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép
tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác. Nên
chúng em quyết định thiết kế mơ hình mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế.

Để làm được mơ hình mạch này cần thiết kế được năm phần chính là: module cảm biến
hồng ngoại, module hiển thị LED 7 đoạn, module nguồn cung cấp, module băng truyền
và module vi điều khiển AT89S52.

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Từ những ý tưởng thiết kế trên, nhóm chúng em chọn đề tài nghiên cứu “THIẾT KẾ
MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI” với mong muốn đề tài
có thể ứng dụng tốt trong cuộc sống thực tế.
Chính vì thế ý tưởng tìm hiểu và nghiên cứu mơ hình đếm sản phẩm ra đời nhằm để:





Ứng dụng thực tiễn được những kiến thức đã học ở trường.
Tìm hiểu cách thức hoạt động của các module trong mơ hình đếm sản phẩm.
Nghiên cứu phát triển đưa vào thực tế.
Phát triển thêm những kiến thức còn hạn hẹp của bản thân.

2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước có liên quan
đến đề tài
Hiện nay, trong và ngoài nước đã phát triển và thương mại hóa các mơ hình đếm sản
phẩm, máy đếm tiền, máy đếm số lượng xe ra vào cung cấp cho doanh nghiệp có
nguyên dây chuyền sản xuất tự động hóa hồn tồn.

3. Tính cấp thiết của đề tài
Tính khoa học: Hiện tại các mơ hình đếm sản đã được thương mại hóa ra thị trường
ưa chuộng. Nhóm chúng em tìm hiểu và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng
module mơ hình mạch đếm sản phẩm, mơ hình hóa mạch đếm sản phẩm và đi đến khắc
phục một số lỗi cịn mắc phải. Từ đó phát triển mơ hình mạch đếm sản phẩm, thương
mại hóa mơ hình mạch đếm sản phẩm và ứng dụng mơ hình trong thực tế .
Tính kinh tế: Mơ hình mạch đếm sản phẩm giúp doang nghiệp, cơ quan xí nghiệp
giảm chi phí nhân cơng, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin.

4. Mục tiêu nghiên cứu
- Tối ưu hóa mơ hình mạch đếm sản phẩm độ chính xác cao.
- Giảm chi phí cơng nhân cho doanh nghiệp, mơ hình mạch đếm sản phẩm hồn tồn
tự động hóa, quản lý, cung cấp thông tin theo yêu cầu.
- Nâng cao kiến thức bản thân.
- Thực nghiệm các kiến thức đã học được ở trường.

5. Đối tượng – phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Mơ hình mạch đếm sản phẩm gồm các module nguồn,
module cảm biến hồng ngoại, module hiển thị LED 7 đoạn, module xử lý vi điều
khiển AT89S52, module băng truyền.

8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

- Phạm vi nghiên cứu: Đếm số lượng sản phẩm đi qua băng truyền và hiển thị số sản
phẩm LED 7 đoạn bằng phương pháp chốt.

6. Phương pháp nguyên cứu
-

Tìm hiểu tổng quan về lý thuyết của đề tài.
Đọc hiểu một số tài liệu liên quan đến đề tài.
Thảo luận nhóm để thống nhất ý kiến.
Thiết kế mơ hình phần cứng.
Thiết kế phần mềm.
Tham khảo ý kiến chuyên gia.
Thực nghiệm và kiểm chứng đối tượng.
Báo cáo và nghiệm thu đề tài.

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Nội dung nghiên cứu
1.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051
 Vi điều khiển là một IC lập trình, vì vậy Vi điều khiển cần được lập trình trước khi
sử dụng. Mỗi phần cứng nhất định phải có chương trình phù hợp kèm theo, do đó
trước khi viết chương trình địi hỏi người viết phải nắm bắt được cấu tạo phần
cứng và các yêu cầu mạch điện cần thực hiện.
 Cấu trúc phần cứng vi điều khiển AT89S52
-

Interrupt Control: Tín hiệu điều khiển ngắt.
CPU (Control processor Unit): Đơn vị xử lý trung tâm.
Xtal: Mạch tạo dao động nội kết hợp với tụ thạch anh bên ngồi để tạo dao động.
Bus Control: Các đường tín hiệu điều khiển.
9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

- Other Register: Các thanh ghi khác (thanh ghi vùng Ram đa dụng và thanh ghi đặc
biệt).
- I/O port: 4 port xuất nhập (P0, P1, P2, P3).
- Timer/Counter: Các bộ định thời/bộ đếm.
- Serial Port: Port nối tiếp truyền nhận UART.
- RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu dữ liệu
256byte.
- ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc dạng FLASH ROM được tích hợp
dùng để lưu chương trình 8 Kbyte

Hình 1.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S521
Chức năng hoạt động các port

 Port0:
-

Chức năng port0 được dùng làm các đường điều khiển I/O (Input- Output).
Bộ nhớ mở rộng bên ngồi thì port0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7 ÷

AD0.
 Port1:
- Có chức năng là các đường điều khiển I/O
- Chân P1.0 và P1.1 phục vụ cho Timer T2.
- Chân P1.5, P1.6, P1.7 có chức năng nạp dữ liệu nối tiếp cho bộ nhớ chương trình nằm
bên trong vi điều khiển.
 Port2:
- Chức năng port2 được dùng làm các đường điều khiển I/O.
- Bộ nhớ mở rộng bên ngồi thì port2 có chức năng là bus địa chỉ cao A8÷A15.

 Port3:
-

Có chức năng là các đường điều khiển I/O.
Các chức năng khác của port3

Bảng 1: Các chức năng đặc biệt của port 3

10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Bit
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7

Tên
RxD
TxD
INT0
INT1

T0
T1

WR
RD

Chức năng
Ngõ vào nhận dữ liệu UART
Ngõ xuất dữ liệu UART
Ngõ vào ngắt ngoài thứ 0
Ngõ vào ngắt ngoài thứ 1
Ngõ vào nhận xung đếm Timer/Counter 0
Ngõ vào nhận xung đếm Timer/Counter 1
Tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu
Tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu

 Các ngõ tín hiệu điều khiển
 Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable)
PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở

rộng, thường được nối đến chân OE (output enable hoặc RD ) của EPROM cho phép
đọc các byte mã lệnh.
PSEN ở mức thấp trong thời gian AT8S952 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình

được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong
AT89S52 để giải mã lệnh. Khi AT89S52 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN
sẽ ở mức logic 1.
 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable )
Khi AT89S52 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ
liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng

làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng
với IC chốt.
Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trị là địa
chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng

1
lần tần số dao động trên chip và có thể được
6

dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm
ngõ vào xung lập trình cho EPROM trong AT89S52.

11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

 Ngõ tín hiệu EA (External Access)
Tín hiệu vào EA ở chân 31 nối nguồn 5 VDC (mức 1) hoặc nối GND (mức 0). Nếu
EA = 1, AT89S52 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4

Kbyte. Nếu EA = 0, AT89S52 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng.
Chân EA được lấy làm chân cấp nguồn V pp khi nạp chương trình cho FLASH ROM
trong AT89S52.
 Ngõ tín hiệu RST (Reset)
Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của AT89S52. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa
lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích
hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset

Bảng 2: Nội dung các thanh ghi sau khi vi điều khiển bị rest

Bộ

Tên thanh ghi
Bộ đếm chương trình PC
Thanh ghi tích lũy A
Thanh ghi B
Thanh ghi trạng thái PSW
Thanh ghi con trỏ SP
DPTR
Port 3 – Port 0
IP
IE
Các thanh ghi định thời
SCON
SBUF

Nội dung
0000 H
00 H
00 H
00 H
07 H
0000 H
FF H
XXX0 0000 B
0X00 0000 B
00 H

00 H
00 H


Các

ngõ

vào bộ dao
động

X1,

X2
dao

động

được

tích

hợp bên trong AT89S52, khi sử dụng AT89S52 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm
thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh đuợc sử dụng cho
AT89S52 trong phạm vi nhỏ hơn 24Mhz, thường là 12Mhz.
 Các chân Vcc và GND
Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V. Chân GND nối mass.

12

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Cấu trúc phần cứng AT89S52

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển AT89S52
- RAM trong 8051 được phân chia như sau:
- Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH.
- RAM địa chỉ hố từng bít có địa chỉ từ 20H đến 2FH.
- RAM đa dụng từ 30H đến 7FH.
- Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H ñến FFH
1.1.2 IC ổn áp LM7805
 Điện áp đầu vào (Input): 9VDC
 Điện áp đầu ra (Output): 5 VDC
 Chân số 1 là chân ngõ vào (Input), chân số 2 là chân mass (GND), chân số 3 là
chân ngõ ra (Output).
 Ngõ ra output luôn ổn định ở 5VDC dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.

13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Hình 1.3: IC ổn áp LM7805
1.1.3 Cảm biến hồng ngoại
 Khái niệm về tia hồng ngoại
Ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng khơng thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có
bước sóng khoảng λ = 0.80µm → 0.94µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận

tốc ánh sáng.
Tia hồng ngoại dễ bị hấp thu, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa,
chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng. Do đó khi thu phải đúng hướng.
 Ứng dụng của tia hồng ngoại trong điện tử
Hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi vì dễ tạo ra và khơng chịu các ảnh hưởng điện
từ. Vì vậy, được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực liên lạc và điều khiển. Tuy nhiên, nó
chưa thật sự là một giải pháp hồn hảo cho thơng tin liên lạc vì bị ảnh hưởng bởi những
nguồn phát tia hồng ngoại khác như: ánh sáng mặt trời, những vật bức xạ nhiệt.
 Truyền và thu tín hiệu hồng ngoại
Để thuận lợi cho việc ứng dụng tia hồng ngoại trong lĩnh vực liên lạc và điều
khiển, tránh các tín hiệu nhiễu, ta phải mã hóa tín hiệu hồng ngoại khi phát để chỉ ra cho
phía thu đâu là tín hiệu cần thu, đâu là nhiễu mơi trường xung quanh.
Để mã hóa tín hiệu hồng ngoại, thơng thường người ta sẽ chèn thêm tín hiệu xung
vng tần số từ 30 – 60kHz vào tín hiệu hồng ngoại, sử dụng phổ biến nhất khoảng
36kHz.
Khi đó, Module thu chỉ tiếp nhận các tần số trong khoảng này và lọc bỏ các tần số
khác. Sau đó đua vào giải mã để có được tín hiệu mong muốn.
 Giao tiếp giữa mắt phát và mắt thu hồng ngoại

14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Hình 1.4: Mắt thu và mắt phát hồng ngoại
Khi ta cấp 1 xung vng có tần số 36kHz tương ứng mức “1” tại mắt phát thì khi
đó mắt thu sẽ xuống mức “0” (nhận được tín hiệu hồng ngoại truyền đến). Và khi ta cấp
mức điện áp 0V tương ứng với mức “0” tại mắt phát thì mắt thu sẽ có mức “1” tương
ứng với điện áp +Vcc. Vậy tín hiệu nhận được tại mắt thu sẽ bị đảo lại so với tín hiệu

được truyền bên mắt phát.
1.1.4 LED 7 đoạn Anode chung
8 chân Anode của LED nối chung với nhau, đưa ra một chân tên COM (Anode).
LED 7 đoạn Anode chung, chân COM mức logic 1(Vcc) và các chân a-f, dp mức logic
0(0 V) LED 7 đoạn sáng.

Hình 1.5: Hình dạng và cấu tạo của LED 7 đoạn Anode chung
Bảng 3: Bảng mã hiển thị LED 7 đoạn Anode chung
Decimal
0
1
2
3
4

dp
1
1
1
1
1

g
1
1
0
0
0

f

0
1
1
1
0

Binary
e
0
1
0
1
1
15

d
0
1
0
0
1

c
0
0
1
0
0

b

0
0
0
0
0

a
0
1
0
0
1

Hexadecimal
0xC0
0xF9
0xA4
0xB0
0x99


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

5
1
0
0
1
0

0
1
0
0x92
6
1
0
0
0
0
0
1
0
0x82
7
1
1
1
1
1
0
0
0
0xF8
8
1
0
0
0
0

0
0
0
0x80
9
1
0
0
1
0
0
0
0
0x90
10
1
0
0
0
1
0
0
0
0x88
11
1
0
0
0
0

0
1
1
0x83
12
1
1
0
0
0
1
1
0
0xC6
13
1
0
1
0
0
0
0
1
0xA1
14
1
0
0
0
0

1
1
0
0x86
15
1
0
0
0
1
1
1
0
0x8E
Vì LED 7 đoạn chứa bên trong nó các LED đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dịng qua
mỗi LED đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ LED. Nếu kết nối với nguồn 5V có
thể hạn dịng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển.

Hình 1.6: Hình dạng LED 7 đoạn
Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua
LED nếu LED 7 đoạn được nối với nguồn 5V.
Chân nhận tín hiệu a điều khiển LED a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển LED b.
Tương tự với các chân và các led còn lại.
Giao tiếp vi điều khiển với nhiều LED 7 đoạn
Nếu kết nối Port của Vi điều khiển với 1 LED 7 đoạn thì tối đa kết nối được 4 LED 7
đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác
của Vi điều khiển. Cho nên cần phải kết nối, điều khiển nhiều LED 7 đoạn với số lượng
chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt. Có hai giải pháp: một là sử dụng các
IC chuyên dụng cho việc hiện thị LED 7 đoạn, hai là kết nối nhiều LED 7 đoạn vào
cùng một đường xuất tín hiệu hiển thị. Phần này sẽ đề cập đến cách kết nối nhiều LED 7

đoạn theo giải pháp thứ 2.
Mắt người có đặc điểm sinh lí là chỉ thu nhận 24 hình/giây để tổng hợp các hình ảnh
về thế giới xung quanh. Nếu một tín hiệu ánh sáng có chu kì sáng tắt hơn 24 lần trong 1
giây, mắt người ln cảm nhận đó là một nguồn sáng liên tục. Để minh họa cho điều

16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

này, bạn hãy lấy các chương trình đã thực hiện với led đơn và làm ngắn thời gian delay
lại, đến một giá trị nào đó bạn sẽ thấy các led đều sáng liên tục.
Để kết nối nhiều LED 7 đoạn vào vi điều khiển thực hiện như sau: nối tất cả các chân
nhận tín hiệu của tất cả các LED 7 đoạn (chân abcdefgh) cần sử dụng vào cùng 1 Port,
trong ví dụ, 8 led 7 đoạn có các chân nhận tín hiệu cùng được được nối với P0. Dùng
các ngõ ra còn lại của Vi điều khiển điều khiển ON/OFF cho LED 7 đoạn, mỗi ngõ ra
điều khiển ON/OFF cho 1 led 7 đoạn,(ON: LED 7 đoạn được cấp nguồn để hiển thị,
OFF: LED 7 đoạn bị ngắt nguồn nên không hiển thị được).
Phương pháp hiển thị LED 7 đoạn
Có hai cách chính để đưa thơng tin lên LED 7 đoạn: Chốt và quét. Tuy nhiên phương
pháp kết hợp cả chốt và quét là tối ưu nhất và được dùng nhiều hiện nay, đặc biệt là
trong các mạch hiển thị bảng báo tỉ giá.
1.1.5 Một số linh kiện khác
 IC 4093
-

IC 4093 là ic cổng NAND

-

CD4093B bao gồm bốn mạch kích hoạt Schmitt. Mỗi mạch hoạt động như một
cổng NAND 2 đầu vào với Schmitt-trigger hành động trên cả hai đầu vào. Cổng
chuyển đổi ở các điểm khác nhau cho các tín hiệu tích cực và tiêu cực. Sự khác
biệt giữa điện áp dương (VTa) và điện áp âm (VTb) là được định nghĩa là điện áp
trễ (VH). Tất cả các đầu ra có dịng nguồn và dịng chìm bằng nhau và phù hợp với
ổ đầu ra dịng B tiêu chuẩn.

Hình 1.7: Hình dáng và sơ đồ chân IC CD4093

17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

 Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện. Tụ điện cách điện với dịng điện
một chiều

Hình 1.8: Hình dáng các loại tụ điện gốm-tụ hóa
 Transistor

Hình 1.9: Ký hiệu và cấu tạo Transistor
Transistor cấu tạo bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N
xếp xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng
rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau. Nếu vùng giữa là N ta
có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN.
 Điện trở
- Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dịng điện và làm một số chức năng khác tùy
vào vị trí điện trở trong mạch điện.

Hình 1.10: Ký hiệu và hình dáng điện trở

18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

1.2 Các phần mềm sử dụng
1.2.1 Phần mềm Proteus

Proteus cung cấp cho người sử dụng hầu như toàn bộ các linh kiện điện tử để
người dùng có thể tạo ra được các mạch nguyên lý và sau cùng là chạy thử và so
sánh với kết quả thực tế. Chính vì Proteus có thể tạo và chạy được các mạch đơn
giản cũng như các mạch phức tạp nên có thể dùng nó trong giảng dạy, trong các
phịng thí nghiệm điện tử cũng như trong thực hành vi xử lý...
1.2.2 Phần mềm lập trình – Keil C
Keil C là một chương trình lập trình, biên dịch rất hay, dễ sử dụng và hổ trợ nhiều
thư viện bổ ích. Sử dụng ngơn ngữ lập trình C/C++ với câu lệnh đơn giản, dễ hiểu,
nhiều thư viện hỗ trợ nên rất tiện cho người mới biết lập trình. Đây là giải pháp tốt nhất
cho việc phát triển mã cho vi điều khiển họ 8051. Nó có tính năng IDE trực quan, trình
biên dịch mạnh mẽ được tối ưu hóa tiên tiến, rất nhiều các cơng cụ bổ sung sẽ giúp bạn
trong công việc. Biên dịch đi kèm với tập tin trợ giúp toàn diện sẵn sàng để sử dụng.
Phần mềm lập trình Keil C.

19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM MẠCH ĐẾM
SẢN PHẨM

2.1 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ khối chức năng
2.1.1 Nguyên lý hoạt động
Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua giữa hai cảm biến là cảm biến phát hồng ngoại
LED_Tx, cảm biến thu hồng ngoại LED_Rx. LED_Tx phát hồng ngoại phát ra ánh sáng
hồng ngoại và LED_Rx thu hồng ngoại hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng
ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. LED_Tx phát và LED_Rx
thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa LED_Tx phát hồng ngoại và
LED_Rx thu hồng ngoại, ánh sáng hồng ngoại bị che bởi sản phẩm đi qua LED_Rx thu
sẽ hoạt động với tần số khác tần số phát hồng ngoại như thế tạo ra một xung tác động qua
bộ so sánh để xác định ngõ vào nào có điện áp cao hơn hoặc thấp hơn, dùng biến trở để
điều chỉnh điên áp mức so sánh.
2.1.2 Sơ đồ khối
KHỐI LOGIC

Hình 2.1: Sơ đồ các module mạch thiết kế
Đầu tiên, Module vi điều khiển AT89S52 Nhận tín hiệu logic từ IC logic. Sau đó,
Module vi điều khiển AT89S52 sẽ nhận dữ liệu, xử lý và hiển thị lên LED 7 đoạn.
Nguồn được dùng để cung cấp cho hoạt động của vi điều khiển, cảm biến, IC logic và
LED 7 đoạn hoạt động ổn định.

20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

2.1.3 Lưu đồ giải thuật

Hình 2.2: Lưu đồ giải thuật đếm sản phẩm từ 0-99

2.2 Mô phỏng khối vi điều khiển AT89S52 và hiển thị LED 7 đoạn

Hình 2.3: Sơ đồ mạch khối vi điều khiển và hiển thị

21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Vi điều khiển AT89S52 Nhận tín hiệu từ IC CD4093. Khi có một sản phẩm đi qua
băng truyền giữa LED phát hồng ngoại và LED thu hồng ngồi thì khối IC tạo ra một
xung vng có chu kỳ xác định. Vi điều khiển AT89S52 đếm xung vng, cứ có một
xung vng từ mức logic “1” xuống mức logic “0” thì có 1 sản phẩm đi qua băng truyền.
Vi điều khiển AT89S52 xử lý sản phẩm và hiển thị LED 7 đoạn theo phương pháp chốt.
Q trình đếm sản phẩm tiếp tục…
Mơ hình mạch đếm sản phẩm, số lượng sản phẩm đếm lớn nhất đi qua băng truyền là
99 sản phẩm. Phần mềm lập trình vi điều khiển AT89S52 sử dụng Counter T0 đếm sản
phẩm từ bên ngồi khối IC tạo xung vng. Chân “PUL” kết nối với chân P3.4 vi điều
khiển AT89S52.

2.3 Mơ phỏng khối nguồn

Hình 2.4: Sơ đồ ngun lý mạch nguồn 5VDC
Input: Điện áp ngõ vào 9VDC-12VDC cung cấp cho mạch nguồn ổn áp dùng IC

LM7805. Đây là mạch nguồn có chức năng cung cấp điện áp 5VDC cho các module.
Nên địi hỏi phải có tính ổn định cao để đảm bảo vi điều khiển hoạt động tốt. Nếu có bất
kì xung nhiễu nào ảnh hưởng đến nguồn thì vi điều khiển khó mà thực hiện đúng yêu
cầu được giao.
Trong mạch này sử dụng IC LM 7805 là một IC ổn áp với điện áp 5VDC. Khi
điện áp tại ngõ vào chân số 1 lớn hơn 5VDC thì tại chân ngõ ra số 3 ta sẽ có điện áp ổn
định là 5VDC. Nhưng khi điện áp ngõ vào chân 1 nhỏ hơn 5VDC thì IC này khơng có
chức năng ổn áp. Do đó, điện áp bù phải chọn điện áp ngõ vào 9VDC-12VDC sao cho
ngõ ra có điện áp ổn định 5VDC và mức độ tiêu tán công suất nhiệt là tối thiểu.
22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

Tụ điện C1 tụ ổn áp ngõ vào, C2 có tác dụng ổn định điện áp ngõ vào, khi điện áp
ngõ vào có bất kì nhiễu nào làm sinh ra xung lên hay xung xuống thì do điện áp của các
tụ khơng thay đổi đột ngột nên điện áp đưa vào chân số 1 của LM 7805 vẫn ít bị thay
đổi. Tụ C3 lọc nhiễu tần số thấp của điện áp ngõ vào, tụ C4 lọc nhiễu điện áp ngõ ra.

2.4 Mạch mơ phỏng hồn chỉnh

Hình 2.5: Sơ đồ mạch đếm sản phẩm dùng phần mềm Protues

Hình 2.6: PCB Layout

23


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ

2.5 Thi cơng mạch thật


Mơ hình mạch đếm hồn chỉnh

Hình 2.7: Mơ hình mạch đếm hồn chỉnh

24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ

2.6 Chương trình nạp cho vi điều khiển.

Hình 2.8: Chương trình nạp cho vi điều khiển

25