B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn Xun Tµi – Tù ®éng ho¸ 46 PhÇn 1 më ®Çu

Nguån cung cÊp 4 ÷ 30V

D¶i ®o nhiÖt ®é -55⁰C ÷ +150⁰C.

+LX5700

D¶i ®o tõ -55⁰C ÷ 150⁰C.

+LM57

C¶m biÕn nµy do h·ng National Semiconductor ph¸t triÓn

D¶i ®o -50⁰C ÷ 100⁰C.

+DS1621

C¶m biÕn nµy do h·ng Dallas Semiconductor ph¸t triÓn

D¶i ®o 0⁰C ÷ 100⁰C.

+LM335

Lo¹i IC c¶m biÕn nhiÖt nµy do h·ng SGS - Thomson Microelectronic ph¸t triÓn. LM335 ®­îc ®ãng vá nhùa theo hai d¹ng tiÖn dông cho thiÕt kÕ:

LM335 lµ lo¹i c¶m biÕn nhiÖt cã ®é chÝnh x¸c cao, ®· ®­îc chuÈn ho¸. Nã ho¹t ®éng gièng nh­ ®i«tzener. B¶ng 9 chØ ra mét sè th«ng sè ho¹t ®«ng cña LM335.

D¶i nhiÖt ®é ®o	-400C ÷ 1000C
D¶i dßng ho¹t ®éng	450 ÷ 5m
Trë kh¸ng ®éng khi vËn hµnh	Nhá h¬n 1
§iÖn ¸p ®Çu ra biÕn thiªn nhiÖt ®é	10mV/0C
Dßng ng­îc	15mA
Dßng thuËn	10mA
§iÖn ¸p ®Çu ra ë 250C	2,92V÷ 3,04V

§¸p øng cña c¶m biÕn theosù thay ®æi cña

nhiÖt ®é:
H×nh 29: §¸p øng cña ®Çu ra theo sù

biÕn ®æi cña nhiÖt ®é

Ta còng cã thÓ dÔ dµng chuÈn ho¸ c¶m biÕn ë 25⁰C ®Ó cã ®­îc ®iÖn ¸p ®Çu ra lµ 2,982V b»ng viÖc ®iÒu chØnh biÕn trë VR₁ 10K.

2.1.3. IC thuËt to¸n LM324

LM324 lµ lo¹i thuËt to¸n c«ng suÊt nhá, ®­îc tÝch hîp tíi 4 tÇng thuËt to¸n trªn mét vá.

+ LM324 cã b¨ng th«ng réng 1,3MHz.

+ §é lîi 100dB.

+ Dßng cung cÊp nhá 375.

+ §iÖn ¸p nu«i: §¬n cùc +3V ®Õn +30V,

L­ìng cùc ±1,5V ®Õn ±15V.

Yªu cÇu khuÕch ®¹i trong thiÕt kÕ lµ kh«ng kh¾t khe, mÆt kh¸c do tÝnh th«ng dông vµ gi¸ rÎ nªn chóng t«i chän LM324 cho thiªt kÕ.

2.1.4. ThiÕt kÕ m¹ch ®o nhiÖt

S¬ ®å m¹ch:



H×nh 32: S¬ ®å khèi c¶m biÕn nhiÖt

* Chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng cho c¶m biÕn nhiÖt:

Theo th«ng sè cña nhµ s¶n xuÊt, dßng ho¹t ®éng cña c¶m biÕn:

400A  I_R  5mA

<=> 400A   5 mA

<=>  R₁  .

Víi: 2,73V  V_o  3,73 øng víi nhiÖt ®é 0⁰C  t⁰  100⁰C

Nªn: 254  R₁  5,7 K chän R₁ = 1K.

V× tÝn hiÖu biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p theo nhiÖt ®é ë ®Çu ra lµ rÊt nhá (Kho¶ng 10mV/ ⁰C, tøc lµ 1V/ 100⁰C), mÆt kh¸c yªu cÇu cña kh©u chuyÓn ®æi A/D lµ tÝn hiÖu ph¶i biÕn ®æi tõ 0 ÷ 5V, nªn ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c vµ dÔ dµng xö lý trong chÝp ta ph¶i khuÕch ®¹i tÝn hiÖu lªn.

Theo s¬ ®å khuÕch ®¹i:

V₊ =

V- =

Theo tÝnh chÊt cña Op – Amp:

V₊ = V_-

Suy ra:

Víi V₁ : ®iÖn ¸p chuÈn V₁ = 2,73 volt

V₂ : ®iÖn ¸p ra cña c¶m biÕn V₂ = 2,73 + 0,01T^oC

V₀ : ®iÖn ¸p ra cña thuËt to¸n V₀ = K.(V₁ - V₂)

K : hÖ sè khuÕch ®¹i.

Ta xÐt ë nhiÖt ®é T_C = 0^oC, ®iÖn ¸p vµo V₂ = V₁; V₀ = 0 volt.



Lùa chän: R₂ = R₃ ; R₄ = R₅

 V₀ = .

Chän hÖ sè khuÕch ®¹i: K = R₄ / R₂ = 2, sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n lo¹i LM324 cã ®é lîi 100dB.

MÆt kh¸c, dßng vµo cña Op-Amp I₀ < 20mA nªn dßng håi tiÕp I_ht<<20mA.

I_ht = << 20mA

R₂ + R₄ >>

Mµ V_0max = 5V

V₁ = 2,73V

Suy ra R₂ + R₄ >>

3R₄ >>

R₄ >> 37,8

Chän: R₄ = 2M; R₂ = 1M

V_z = 3V; I₀ < 20 mA

Lùa chän R₁ =100 .

TiÕp theo ®ã lµ mét kh©u khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o cã hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÒu chØnh ®­îc b»ng biÕn trë R₈:

U_ra=

§©y lµ kh©u khuÕch ®¹i nh»m chuÈn ho¸ tÝn hiÖu sai lÖch do nhiÔu t¸c ®éng vµo kh©u tr­íc ®ã. HÖ sè khuÕch ®¹i ®­îc ®iÒu chØnh sÏ xÊp xØ 1.

* Ho¹t ®éng:

Gi¶ sö nhiÖt ®é t¹i thêi ®iÓm t¸c ®éng lªn c¶m biÕn lµ 40⁰C, ®iÖn ¸p ®Çu ra cña LM335 lµ :

2,73 + 0,01.40 = 3,13V

Qua tÇng khuÕch ®¹i thø nhÊt K=2, ®iÖn ¸p ra: 2.(3,13 - 2.73) = 0.8V .

Nh­ng thùc tÕ do nhiÒu yÕu tè mµ nã kh«ng ®¹t ®­îc 0,8V, v× vËy khi qua tÇng khuÕch ®¹i thø hai sÏ ®­îc ®iÒu chØnh vÒ 0,8V.

* Kh©u t¹o ®iÖn ¸p chuÈn:

Trong kh©u khuÕch ®¹i cña c¶m biÕn nhiÖt, cÇn thiÕt ph¶i t¹o ra mét ®iÖn ¸p chuÈn ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cña c¶m biÕn:

§Ó t¹o ra ®­îc møc ®iÖn ¸p æn ®Þnh, ta dïng ®i«t æn ¸p 5,1V ®Êu ng­îc víi ®i«t muçi 1N4148 . Sôt ¸p tæng trªn hai ®i«t:

U_t = U_D + U_Dz = 5,1 + 0.6 = 5,7V

Dßng ch¹y trong 1N4148 lµ rÊt nhá (<200mA). Lùa chän dßng 10mA:

R₁₀ = = 630

Sö dông lo¹i biÕn trë nhiÒu vßng - lµ lo¹i biÕn trë cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tinh, nèi víi ®iÖn trë 12K ®Ó cã thÓ lÊy ra ®iÖn ¸p chuÈn so s¸nh 2,73V vµ ®iÖn ¸p tham chiÕu 2V-Ref-AVR cho bé chuÓn ®æi A/D.

2.2.1. S¬ l­îc vÒ sù biÕn ®æi

Trong thêi ®¹i c«ng nghÖ ngµy nay, viÖc truyÒn ®¹t th«ng tin, ®iÒu khiÓn... phÇn nhiÒu ®­îc thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p sè. Ph­¬ng sè cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n so víi c¸c ph­¬ng ph¸p th«ng th­êng kh¸c. Mét th«ng tin d¹ng t­¬ng tù sÏ ®­îc chuyÓn ®æi sang d¹ng sè ®Ó xö lý råi sau ®ã l¹i ®­îc chuyÓn ng­îc l¹i vÒ d¹ng t­¬ng tù. §Ó thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi nµy, ng­êi ta sö dông c¸c m¹ch chuyÓn ®æi A/D vµ D/A (Analog Digital Converter). M¹ch chuyÓn ®æi thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi dßng hay ¸p sang d¹ng m· sè nhÞ ph©n vµ ng­îc l¹i.




H×nh34: S¬ ®å chuyÓn ®æi A/D

Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi A/D:

+ Ph­¬ng ph¸p tÝch ph©n (Intergration method).

+ Ph­¬ng ph¸p ADC xÊp xØ liªn tiÕp (Successive- Approximation ADC).

+ Ph­¬ng ph¸p song song (Paralled method).

2.2.2. M¹ch chuyÓn ®æi A/D

Nh÷ng lo¹i chÝp th«ng th­êng, ®Ó cã thÓ xö lý ®­îc mét tÝn hiÖu t­¬ng tù, ng­êi ta ph¶i biÕn ®æi tÝn hiÖu nµy sang d¹ng tÝn hiÖu sè th«ng qua c¸c bé biÕn ®æi A/D bªn ngoµi chÝp, viÖc nµy lµm t¨ng thªm kÝch th­íc m¹ch ®iÖn vµ tiªu thô thªm c«ng suÊt. TÝch hîp bé chuyÓn ®æi A/D vµo trong chÝp ATMEGA8535 lµ mét h­íng ph¸t triÓn míi cña AVR. Bé chuyÓn ®æi A/D trong chÝp sö dông ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi ADC xÊp xØ liªn tiÕp. Chóng t«i sö dông bé biÕn ®æi A/D trong chÝp ®Ó chuyÓn ho¸ tÝn hiÖu ®iÖn sau kh©u khuÕch ®¹i c¶m biÕn nhiÖt. TÝn hiÖu ®­îc ®­a vµo ch©n 40 (PA0), ®©y lµ mét trong nh÷ng ch©n vµo cña bé chuyÓn ®æi A/D.



H×nh 35: S¬ ®å kÕt nèi cña khèi chuyÓn ®æi A/D

Nguån cÊp cho chuyÓn ®æi A/D lµ nguån +5V, ®­îc cÊp vµo ch©n 30(AVCC) th«ng qua ®iÖn c¶m L₁. Môc ®Ých cña L₁(10uH), C₇(105pF), C₈(33pF) ®¶m b¶o triÖt nhiÔu cho nguån cÊp A/D. Ch©n 31(AGND) nèi xuèng ®Êt.

Th«ng th­êng nÕu ch©n 32(AREF) ®Ó trèng, ATMEGA8535 mÆc ®Þnh ®iÖn ¸p tham chiÕu lµ 2,56V, nã t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p t­¬ng tù ®Çu vµo biÕn ®æi 0V÷5V. Trong tr­êng hîp nµy ®iÖn ¸p khuÕch ®¹i tõ c¶m biÕn biÕn ®æi 0V÷4V nªn ta ph¶i ®­a vµo ®Çu AREF mét ®iÖn ¸p lµ 2V, ®iÖn ¸p ®­îc lÊy chuÈn th«ng qua biÕn trë R₁₄.

* Ho¹t ®éng:

Khi cã tÝn hiÖu cho phÐp bé chuyÓn ®æi ho¹t ®éng, nã sÏ cËp nhËt ®iÖn ¸p ®Çu vµo theo thêi gian lËp tr×nh chuyÓn ®æi thµnh ®Çu ra:

+ Kªnh ®¬n ®­îc lùa chän, ®iÖn ¸p chuyÓn ®æi

ADC =

0x000 lµ gi¸ trÞ sè ®Çu ra t­¬ng øng GND

0x3FF lµ gi¸ trÞ sè ®Çu ra t­¬ng øng V_REF .

+ Kªnh chän cã ®é ph©n gi¶i GAIN

ADC =

2.3.1. Chøc n¨ng bµn phÝm

Trong hÖ thèng th«ng tin - ®iÒu khiÓn, bµn phÝm lµ mét thiÕt bÞ ngo¹i vi, ®¶m nhËn chøc n¨ng giao tiÕp vµ truyÒn ®¹t mÖnh lÖnh cña ng­êi ®iÒu khiÓn tíi hÖ thèng. Th«ng th­êng, bµn phÝm lµ tæ hîp cña nhiÒu phÝm ®¬n ®­îc tæ chøc d­íi d¹ng ma trËn gåm nhiÒu hµng vµ nhiÒu cét.



H×nh 36: Bµn phÝm 16

C¸c hµng vµ c¸c cét cã thÓ kÕt nèi trùc tiÕp víi c¸c cæng cña vi ®iÒu khiÓn. B×nh th­êng, khi kh«ng cã nót nµo ®­îc Ên c¸c hµng cã møc thÊp, c¸c cét cã møc cao. Mét nót ®­îc t¸c ®éng, cét cã chøa nót ®ã sÏ bÞ h¹ xuèng møc thÊp. §Ó cã thÓ ph¸t hiÖn ra c¸c nót ®­îc Ên ng­êi ta sö dông c¸c ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm quÐt bµn phÝm hoÆc c¸c phÇn tö IC m· ho¸.

2.3.2. PhÇn tö m· ho¸

KÕt nèi trùc tiÕp c¸c hµng vµ cét bµn phÝm víi vi ®iÒu khiÓn dÉn ®Õn ph¶i mÊt mét khèi l­îng cæng kÕt nèi rÊt lín, nh­ vËy ta ph¶i thªm vµo c¸c ph­¬ng ¸n më réng cæng I/O (c¸ch nµy tuú tõng lo¹i vi ®iÒu khiÓn cã sù hç trî kh¸c nhau), c«ng viÖc lËp tr×nh trë nªn khã kh¨n h¬n, c¸c øng dông kh¸c khã thªm vµo v× thiÕu cæng kÕt nèi. §Ó gi¶m t¶i cho viÖc lËp tr×nh, dµnh ra c¸c cæng phôc vô cho nh÷ng øng dông kh¸c, ng­êi ta sö dông m¹ch IC m· ho¸ cho bµn phÝm.

IC74148 lµ mét IC m· ho¸ ­u tiªn b¸t ph©n sang nhÞ ph©n (3bit):

IC nµy ®­îc sö dông nhiÒu ®Ó m· ho¸ bµn phÝm, ngoµi ra còng cã thÓ sö dông nã ®Ó ph¸t hoÆc chuyÓn ®æi m· cã sè bit lín. Tèc ®é m· ho¸ ®¹t ®Õn 10ns, c«ng suÊt tiªu tèn 190mW. IC74148 ho¹t ®éng ë møc thÊp. §Çu vµo lµ m· 8 bit ®­îc ph©n bè trªn c¸c ch©n 10, 11, 12, 13, 1, 2, 3, 4. §Çu ra m· 3 bit trªn c¸c ch©n 9, 7, 6. Ngoµi ra cßn cã c¸c ch©n cho phÐp ®Çu vµo, ®Çu ra, ch©n kÕt nèi nhiÒu IC m· ho¸ víi nhau...

+ §iÖn ¸p vËn hµnh 4,75 ÷ 5,25V.

+ Møc thÊp ®Çu vµo ≤ 0,8V, møc cao ≥ 2V.

+ Møc thÊp ®Çu ra ≤ 0,4V, møc cao ≥ 2,4V.

+ Dßng ®iÖn ®Çu vµo ≤ 1mA...

2.3.3. M¹ch ®iÖn khèi bµn phÝm



H×nh 38: M¹ch ®iÖn khèi bµn phÝm

Trong tr­êng hîp nµy ta chØ sö dông 4 nót Ên ®Ó lùa chän ®iÒu khiÓn theo h×nh thøc B¶ng lùa chän (Menu). IC74148 ho¹t ®éng ë møc thÊp nªn c¸c nót Ên ®­îc treo lªn +5V b»ng mét ®iÖn trë thanh R₁₆ 10K - lµ lo¹i ®iÖn trë tÝch hîp nhiÒu ®iÖn trë cïng lo¹i vµ cã mét ®iÓm chung. Tô C₉, C₁₀, C₁₁, C₁₂(104pF) ®¶m b¶o kh¶ n¨ng chèng nhiÔu mçi khi Ên nót.

Víi 4 nót Ên sÏ cã 4 tr­êng hîp x¶y ra, nh­ vËy ta chØ cÇn lÊy ra hai bit Q₀Q₁(hai ®Çu ra 9 vµ 7). Hai bÝt nµy ®­îc ®­a vµo hai bit PB₀PB₁(ch©n 1 vµ 2) cña PortB.

Ch©n 5(-Input Enable) ®­îc h¹ xuèng møc thÊp th«ng qua ®iÖn trë R₁₅1K, lu«n cho phÐp ®Çu vµo ho¹t ®éng.

Ch©n 15(-Output Enable) ®­a vµo ch©n ®Çu vµo PD₂- ch©n kÝch Timer0, phôc vô cho viÖc quÐt bµn phÝm.

B¶ng 11: B¶ng ch©n lý

Ngâ vµo (møc thÊp)	Ngâ ra (møc thÊp)
.....	.....
1 x x x x ..... 0 0 1 1 1 ..... 0 x 0 1 1 ..... 0 x x 0 1 ..... 0 x x x 0 .....	..... 1 1 1 ..... 1 1 1 ..... 1 0 1 ..... 0 1 1 ..... 0 0 1

Khi mét phÝm ®­îc Ên th× IC74148 sÏ cho ra mét tr¹ng th¸i ë ®Çu ra Q₁Q₀, ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm trong chÝp sÏ lu«n quÐt hai ®Çu vµo nµy theo mét thêi gian lËp tr×nh, nhËn ®­îc tÝn hiÖu th× nã sÏ ®­a vµo xö lý.

Khèi xö lý trung t©m ®­îc thiÕt kÕ víi thµnh phÇn chñ ®¹o lµ chÝp vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535. Vi ®iÒu khiÓn nµy sÏ ®¶m nhËn viÖc ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi - göi th«ng tin ®Õn c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi vµ nhËn l¹i c¸c th«ng tin ph¶n håi. Ngoµi vi ®iÒu khiÓn cßn cã thªm c¸c thµnh phÇn phô hç trî cho vi ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng.

2.4.1. M¹ch reset

M¹ch reset t¹o ra mét xung khëi t¹o c¸c thanh ghi vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. Yªu cÇu c¬ b¶n ®­îc ®Æt ra lµ xung reset ph¶i xuÊt hiÖn sau khi ®iÖn ¸p nguån nu«i ®· ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ æn ®Þnh. Th«ng th­êng m¹ch reset ph¶i ®¶m b¶o hai chøc n¨ng: + Tù ®éng reset khi bËt nguån,

+ T¸c ®éng reset hÖ thèng khi cÇn thiÕt.

* S¬ ®å m¹ch:


H×nh 39: M¹ch reset

§iÖn trë R₁₇ vµ C₁₃ võa cã t¸c dông tù ®éng reset, chèng rung cho nót Ên, ®ång thêi t¨ng h»ng sè thêi gian m¹ch reset ®Ò phßng tr­êng hîp ®iÖn ¸p nguån t¨ng qu¸ chËm.

Nót nhÊn ®Ó t¸c ®éng reset hÖ thèng khi cÇn thiÕt. §ièt 1N4148 t¨ng nhanh thêi gian reset (thêi gian phãng cña tô).

2.4.2. M¹ch t¹o dao ®éng

Thùc chÊt, c¸c vi ®iÒu khiÓn hä AVR ®· ®­îc tÝch hîp s½n bé dao ®éng RC bªn trong. NÕu yªu cÇu øng dông ®Æt ra kh«ng cÇn cã sù ph©n chia chÝnh x¸c vÒ mÆt thêi gian vµ tÇn sè danh ®Þnh cho øng dông kho¶ng 1MHz th× chØ cÇn sö dông bé dao ®éng RC néi.

§Ó phôc vô c¸c yªu cÇu cao h¬n cña øng dông ta lùa chän ph­¬ng ph¸p sö dông c¸c linh kiÖn ®Þnh thêi bªn ngoµi, nh­ bé céng h­ëng th¹ch anh, bé céng h­ëng gèm ®iÖn ¸p, nguån tÝn hiÖu ®ång hå møc TTL...

Sö dông bé céng h­ëng th¹ch anh lµ ph­¬ng ph¸p th«ng dông vµ cã nhiÒu ­u ®iÓm:

+ §ãng vá theo kiÓu d¸ng c«ng nghiÖp.

+ C¸c lèi ra t­¬ng thÝch MOS/TTL.

+ Ho¹t ®éng ë ®iÖn ¸p 3,3V.

+ Kh¶ n¨ng ®Êu t¶i lín.

+ Vïng tÇn sè 2÷60MHz, ®é æn ®Þnh tÇn sè 0,3%.

D¶i tÇn sè sö dông cho chÝp 0 ÷16MHz. Tuú thuéc vµo lo¹i th¹ch anh vµ tÇn sè céng h­ëng mµ ta chän tô céng h­ëng cho phï hîp (22pF÷33pF). Chóng t«i lùa chän Y₁ lµ 8MHz, tô C₁₄, C₁₅ cã gi¸ trÞ 33pF.

2.4.3. S¬ ®å chÝnh


H×nh42: S¬ ®å m¹ch khèi xö lý trung t©m

§Ó thiÕt kÕ cho mét hÖ mang tÝnh ph¸t triÓn, cã thÓ thay ®æi ®Çu vµo hoÆc thªm vµo c¸c thµnh phÇn ngo¹i vi kh¸c, chóng t«i sö dông c¸c CON16 (conector) hai hµng ch©n. §Çu vµo cÊp nguån ®­îc thiÕt kÕ qua bé läc RC gåm L₂10μH, tô ceramicC₁₆ 1μF, C₁₇33pF.

2.5.1. Bé nhí ch­¬ng tr×nh (Flash)

PhÇn bé nhí nµy dïng ®Ó l­u tr÷ m· lÖnh mµ ng­êi lËp tr×nh ®­a vµo. ATMEGA8535 ®­îc tÝch hîp bé nhí ch­¬ng tr×nh lªn tíi 8Kbyte, dung l­îng nµy lµ phï hîp cho thiÕt kÕ cña chóng t«i, v× vËy kh«ng ph¶i thiÕt kÕ thªm bé nhí ch­¬ng tr×nh ë bªn ngoµi.

2.5.2. Bé nhí SRAM

Còng nh­ bé nhí ch­¬ng tr×nh, bé nhí SRAM ®­îc tÝch hîp s½n lªn ®Õn 512Byte. Bé nhí nµy lµ n¬i bé xö lý trung t©m thùc hiÖn viÖc tÝnh to¸n, xö lý.

2.5.3. Bé nhí EEPROM

C¸c vi ®iÒu khiÓn thÕ hÖ cò th­êng kh«ng tÝch hîp lo¹i bé nhí nµy trªn chÝp. Víi nh÷ng øng dông cÇn ph¶i thay ®æi vµ l­u tr÷ th«ng sè hÖ thèng theo yªu cÇu ng­êi sö dông th× cÊu tróc kh«ng bé nhí EEPROM lµ mét nh­îc ®iÓm. §Ó xo¸ bá nh­îc ®iÓm nµy, ATMEGA8535 ®· tÝch hîp bé nhí EEPROM tíi 512Byte trong chÝp, ®¶m b¶o cho nh÷ng nhu cÇu kh¾t khe cña ng­êi lËp tr×nh.

2.6. Khèi giao tiÕp m¸y tÝnh

Trong thiÕt kÕ øng dông víi vi ®iÒu khiÓn th× ghÐp nèi m¸y tÝnh lµ mét c«ng viÖc b¾t buéc:

+ KÕt nèi m¸y tÝnh ®Ó phôc vô cho viÖc n¹p ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn vµo trong chÝp.

+ KÕt nèi m¸y tÝnh ®Ó cã thÓ thùc hiÖn ®iÒu khiÓn vµ theo dâi kÕt qu¶ ngay trªn m¸y tÝnh...

Nh÷ng lo¹i chÝp thÕ hÖ cò nh­ 8051... kh«ng ®­îc tÝch hîp bé truyÒn nhËn UART, viÖc truyÒn nhËn víi m¸y tÝnh chØ cã thÓ thùc hiÖn b»ng phÇn mÒm vµ thùc hiÖn truyÒn nhËn theo h­íng ®¬n c«ng - tøc lµ t¹i mét thêi ®iÓm chØ cã thÓ truyÒn hoÆc nhËn. ATMEGA8535 ®· ®­îc tÝch hîp s½n USART bªn trong chÝp, viÖc truyÒn nhËn ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c thanh ghi nªn viÖc truyÒn nhËn thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p song c«ng - tøc lµ t¹i mét thêi ®iÓm cã thÓ thùc hiÖn ®ång thêi c¶ hai c«ng viÖc lµ truyÒn vµ nhËn. §©y lµ mét ­u ®iÓm næi tréi cña vi ®iÒu khiÓn hä AVR.

2.6.1. Cæng song song (LPT)

Cæng song song lµ cæng ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi víi m¸y tÝnh. Møc logic cña cæng song song lµ møc TTL, ®Ó thùc hiÖn ghÐp nèi víi cæng song song ta ph¶i sö dông c¸c m¹ch t­¬ng thÝch TTL hoÆc c¸c m¹ch ghÐp møc. Cæng song song cã hai lo¹i: lo¹i 25 ch©n vµ lo¹i 36 ch©n. Lo¹i 25 ch©n lµ lo¹i th«ng dông hiÖn nay, v× vËy ta chØ ®Ò cËp ®Õn lo¹i nµy.



H×nh43: H×nh d¹ng cæng song song

CÊu tróc cæng song song rÊt ®¬n gi¶n víi t¸m ®­êng dÉn d÷ liÖu, mét ®­êng dÉn mass chung, bèn ®­êng dÉn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, n¨m ®­êng dÉn tr¹ng th¸i thiÕt bÞ ng­îc vÒ m¸y tÝnh. Chøc n¨ng cña c¸c ch©n ®­îc cho trong B¶ng 12:

Cæng song song truyÒn d÷ liÖu theo c¸c bit song song, hay byte nèi tiÕp cßn bÝt song song. Tèc ®é truyÒn d÷ liÖu ®¹t ®Õn 1Mbit/s nh­ng kho¶ng c¸ch bÞ h¹n chÕ v× ®iÖn dung kÝ sinh vµ hiÖn t­îng c¶m øng gi÷a c¸c ®­êng dÉn. Kho¶ng c¸ch th«ng th­êng 1,5 ÷ 2m.

2.6.2. Cæng nèi tiÕp

Cæng nèi tiÕp còng lµ mét d¹ng cæng ghÐp nèi m¸y tÝnh víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi. So víi cæng song song th× cæng nèi tiÕp ®­îc sö dông réng r·i h¬n, v× vËy ®· h×nh thµnh nh÷ng chuÈn nh­ RS232, RS449, RS485...

Sù kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a cæng song song vµ cæng nèi tiÕp chÝnh lµ ë ph­¬ng ph¸p truyÒn d÷ liÖu: trong mét thêi ®iÓm chØ cã mét bit ®­îc göi ®i däc theo mét ®­êng dÉn, ®­êng göi vµ ®­êng nhËn t¸ch rêi nhau. Tèc ®é truyÒn lín h¬n 100Kbit/s, kho¶ng c¸ch truyÒn trªn mét kho¶ng ®¬n cao h¬n 1Km. CÊu tróc cæng nèi tiÕp rÊt ®¬n gi¶n: chØ cã hai ®­êng d÷ liÖu, mét ®­êng nèi ®Êt, cßn l¹i lµ c¸c ®­êng tr¹ng th¸i thiÕt bÞ vµ ®iÒu khiÓn.

Møc logic cæng nèi tiÕp : + Møc cao +3V ÷ +12V,

+ Møc thÊp -3V ÷ -12V.

2.6.3. IC 74VHC244

GhÐp nèi trùc tiÕp gi÷a thiÕt bÞ ngo¹i vi víi m¸y tÝnh qua cæng song song sÏ g©y ra nh÷ng rèi lo¹n vÒ th«ng tin cho c¶ hai thiÕt bÞ. MÆc dï cïng lµ møc TTL nh­ng vÉn cã sù chªnh lÖch møc tÝn hiÖu. V× vËy mµ ng­êi ta ph¶i dïng c¸c bé ®Öm lµm trung gian trªn ®­êng giao tiÕp.


H×nh 45: CÊu t¹o cña74VHC244

IC 74VHC244 lµ bé ®Öm 8 bit ba tr¹ng th¸i, ®­îc thiÕt kÕ ®Ó phôc vô cho giao tiÕp møc TTL (3 ®Õn 5 v«n). TÊt c¶ c¸c ®Çu vµo ra ®­îc trang bÞ m¹ch b¶o vÖ tÜnh ®iÖn, b¶o vÖ sôt ¸p trªn lèi vµo.

+ §iÖn ¸p vËn hµnh V_CC 2,0V ÷ 5,5V ,

+ Møc vµo V_IN 0V ÷ 5,5V ,

+ Møc ra V_OUT 0V ÷ V_CC .

B¶ng 14: Ph©n bè ch©n trªn chÝp

Ch©n	Chøc n¨ng
1 (1G)	Cho phÐp ra 1
2,4,6,8 (1A1÷1A4 )	D÷ liÖu vµo
9,7,5,3 (2Y1 ÷ 2Y4)	D÷ liÖu ra
11,13,15,17 (2A1 ÷ 2A4)	D÷ liÖu vµo
18,16,14,12 (1Y1 ÷ 1Y4)	D÷ liÖu ra
19 (2G)	Cho phÐp ra 2
10 (GND)	Nèi ®Êt
20 (VCC)	Nguån cÊp

Thùc chÊt IC 74VHC244 ®­îc tæ chøc thµnh hai bé ®Öm tr¹ng th¸i 4 bit trong mét chÝp víi ®Çu vµo cho phÐp riªng biÖt.

2.6.4. IC MAX232

Cæng nèi tiÕp (COM) cña m¸y tÝnh sö dông chuÈn RS232. ChuÈn nµy kh«ng t­¬ng thÝch víi møc TTL. V× vËy ph¶i cã nh÷ng thiÕt bÞ chuyÓn ®æi chuÈn nµy sang chuÈn kia vµ ng­îc l¹i. IC MAX232 ®­îc thiÕt kÕ ®Ó phôc vô cho c«ng viÖc nµy. §iÒu ®Æc biÖt lµ MAX232 chuyÓn ®æi mµ kh«ng cÇn tíi ®iÖn ¸p cÊp ±12V.

C¸c ®Æc tÝnh cña MAX232:

+ Nguån cÊp Vcc 1,5 ÷ 5,5V,

+ Vµo møc thÊp V_IL <0,8V,

+ Vµo møc cao V_IH >2V,

+ Dßng cÊp Icc 8 ÷ 10mA...

§Ó cã thÓ ho¹t ®éng ta cÇn ph¶i thªm vµo mét sè tô theo khuyÕn c¸o cña nhµ s¶n xuÊt. C¸c tô thªm vµo ®­îc nèi tíi c¸c ch©n theo s¬ ®å trªn.
2.6.5. S¬ ®å thiÕt kÕ m¹ch n¹p ch­¬ng tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn


H×nh 47: M¹ch n¹p ch­¬ng tr×nh

Chóng t«i sö dông phÇn mÒm n¹p ch­¬ng tr×nh PonyProg2000 cña nhµ cung cÊp LansCO, v× vËy m¹ch n¹p ®­îc thiÕt kÕ t­¬ng øng víi phÇn mÒm:

M¹ch n¹p chØ sö dông mét ®­êng d÷ liÖu trªn ch©n 7 cña cæng song song DB25, qua bé ®Öm 74VHC244(1A1) ®Ó t­¬ng thÝch møc d÷ liÖu ra (1Y1) vµo ch©n trao ®æi d÷ liÖu MOSI cña chÝp ®iÒu khiÓn. Ph¶n håi tr¹ng th¸i chÝp MISC qua bé ®Öm vÒ ch©n nhËn tr¹ng th¸i ngo¹i vi 10. TÝn hiÖu clock cña USART vµ tÝn hiÖu RESET ®Öm qua kªnh d÷ liÖu 4 bit thø nhÊt vµ 4 bit thø hai.

D₄ 1N4148 lµ ®i«t chèng ng­îc nguån cho bé ®Öm, ®Ìn LED D₅ th«ng b¸o ho¹t ®éng cña m¹ch khi truy cËp chÝp, v× sö dông chung víi ch©n clock nªn chóng t«i chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng 20K ®¶m b¶o kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn tÝn hiÖu.

R₁₉ ®ãng vai trß h¹n chÕ dßng RESET, R₁₈ kÐo thªm dßng phô trî cho tÝn hiÖu tõ chÝp qua bé ®Öm. C¸c tô C₁₈, C₁₉ ®¶m nhËn vai trß läc nhiÔu.

2.6.6. S¬ ®å m¹ch giao tiÕp hiÓn thÞ d÷ liÖu hÖ thèng lªn m¸y tÝnh

M¹ch giao tiÕp m¸y tÝnh ®­îc thiÕt kÕ ra víi môc ®Ých tr­íc m¾t lµ cã thÓ hiÓn thÞ th«ng sè hÖ thèng nh­: nhiÖt ®é ®Æt, nhiÖt ®é lß sÊy... lªn m¸y tÝnh, ng­êi ®iÒu khiÓn cã thÓ theo dâi, ®ång thêi t¸c ®éng trùc tiÕp lªn c¸c th«ng sè qua m¸y tÝnh. V× chÝp vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 ®· tÝch hîp s½n bé truyÒn nhËn USART nªn chóng t«i chØ cÇn sö dông IC MAX232 lµm bé ®Öm chuyÓn møc TTL sang RS232 vµ kÕt nèi trùc tiÕp víi m¸y tÝnh qua cæng COM. Lý do chóng t«i chän cæng nèi tiÕp thay cho cæng song song lµ v× cæng nèi tiÕp cã kh¶ n¨ng b¶o toµn tÝn hiÖu, h×nh thøc truyÒn ®¬n gi¶n vµ cã kh¶ n¨ng truyÒn ®i xa...

IC MAX232 ®­îc cÊp nguån +5V. C¸c tô C₂₁, C₂₂, C₂₃, C₂₄ ®­îc sö dông theo khuyÕn c¸o cña nhµ s¶n xuÊt nh»m biÕn ®æi møc TTL sang RS232, tô C₂₀ ®¶m b¶o chèng nhiÔu nguån ®Çu vµo.

Ch©n truyÒn d÷ liÖu TXD tõ chÝp nèi víi ®Çu vµo TD(11) cña MAX232, ®Çu ra chuyÓn møc RS232(14) vµo ch©n nhËn d÷ liÖu (2) cæng COM.

Ch©n truyÒn d÷ liÖu (3) cæng COM nèi víi ®Çu vµo RD(13) cña MAX232, ®Çu ra chuyÓn møc TTL(12) vµo ch©n nhËn d÷ liÖu RXD cña chÝp.

ViÖc truyÒn nhËn d÷ liÖu ®­îc tiÕn hµnh riªng biÖt qua hai ®­êng RXD vµ TXD.

Bªn c¹nh viÖc hiÓn thÞ trªn m¸y tÝnh, hiÓn thÞ trªn thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn lµ mét yªu cÇu b¾t buéc trong thiÕt kÕ. ViÖc hiÓn thÞ ngay trªn thiÕt bÞ gióp ng­êi ®iÒu khiÓn theo dâi th«ng sè hÖ thèng vµ ®iÒu khiÓn trùc tiÕp ngay trªn thiÕt bÞ.

2.7.1. Ph­¬ng ph¸p hiÓn thÞ

Thùc tÕ cã rÊt nhiÒu c¸ch hiÓn thÞ, nh­ng cã hai c¸ch hiÓn thÞ mµ ng­êi ta hay sö dông nhÊt hiÖn nay:

Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm:

+ RÎ tiÒn, hiÓn thÞ sè mét c¸ch trùc quan, tr«ng râ tõ xa.

Nh­îc ®iÓm:

+H×nh ¶nh hiÓn thÞ kh«ng linh ®éng, chØ cã kh¶ n¨ng hiÓn thÞ ch÷ sè, ®Ó hiÓn thÞ h×nh ¶nh hay ch÷ viÕt th× ph¶i sö dông lo¹i ®Ìn LED chÐo hay LED ma trËn, dÉn ®Õn lËp tr×nh khã kh¨n.

+ C«ng suÊt tiªu tèn lín, kh«ng phï hîp víi nh÷ng thiÕt kÕ cã c«ng suÊt nhá.

+ Ph¶i sö dông nhiÒu cæng kÕt nèi...

* HiÓn thÞ b»ng mµn h×nh tinh thÓ láng LCD (Liquid Crystal Display)



H×nh 50: H×nh d¹ng bªn ngoµi cña LCD 16x2

Ng­îc l¹i víi LED 7 v¹ch, nh÷ng khuyÕt ®iÓm cña LED 7 v¹ch l¹i lµ nh÷ng ­u ®iÓm cña LCD; nh÷ng ­u ®iÓm cña LED 7 v¹ch lµ khuyÕt ®iÓm cña LCD.

Thùc chÊt cÊu t¹o cña LCD lµ nh÷ng ma trËn ®iÓm, mçi « gåm nhiÒu ®iÓm s¸ng kÕt hîp l¹i. Tuú theo yªu cÇu hiÓn thÞ mµ ng­êi ta kÕt hîp mét hay nhiÒu « cã kÝch th­íc to nhá kh¸c nhau. Ng­êi ta gäi tªn LCD theo sè « ma trËn däc vµ ngang nh­: 8x2, 16x2, 40x2... LCD cã tÝch hîp s½n bé lµm t­¬i bªn trong nªn trong qu¸ tr×nh hiÓn thÞ kh«ng cÇn sù can thiÖp cña vi ®iÒu khiÓn... Do yªu cÇu cña thiÕt kÕ ph¶i hiÓn thÞ theo d¹ng b¶ng chän (menu), mÆt kh¸c gi¸ cña LCD còng rÎ ®i nhiÒu, v× vËy chóng t«i chän LCD 8x2 cho thiÕt kÕ cña m×nh. Chøc n¨ng ch©n cña LCD ®­îc m« t¶ trong B¶ng 15.

§Ó hiÓn thÞ mét ch÷ c¸i hay mét con sè, m· ASCII cña ch÷ c¸i hay con sè ®ã ®­îc ®­a ®Õn ch©n d÷ liÖu. C¸c ch©n RS=1, RW=0 (chän thanh ghi d÷ liÖu vµ göi d÷ liÖu lªn LCD). Mét møc cao xuèng møc thÊp trªn ch©n E sÏ ®Ó LCD chèt d÷ liÖu, xung nµy ph¶i réng tèi thiÓu 450ns.

TËp lÖnh ®iÒu khiÓn LCD ®­îc m« t¶ trong B¶ng 16: