§é chÝnh x¸c +40C
Nguån cung cÊp 4 ÷ 30V
D¶i ®o nhiÖt ®é -550C ÷ +1500C.
+LX5700
Ngâ ra lµ ®iÖn ¸p víi ®é nh¹y -10mV/0K
D¶i ®o tõ -550C ÷ 1500C.
+LM57
C¶m biÕn nµy do h·ng National Semiconductor ph¸t triÓn
Ngâ ra lµ ®iÖn ¸p
D¶i ®o -500C ÷ 1000C.
+DS1621
C¶m biÕn nµy do h·ng Dallas Semiconductor ph¸t triÓn
Ngâ ra lµ d¹ng ®iÖn ¸p
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:
H×nh 27: KiÓu vá Z(TO92) H×nh 28: KiÓu vá D(SO8)
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.
B¶ng 9: Th«ng sè 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.
H×nh 30: S¬ ®å chuÈn ho¸ c¶m biÕn ë 250C
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.
H×nh 31: H×nh d¸ng vµ cÊu t¹o bªn trong LM324
+ 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:
400A IR 5mA
<=> 400A 5 mA
<=> R1 .
Víi: 2,73V Vo 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.
* TÝnh to¸n khuÕch ®¹i
Theo s¬ ®å khuÕch ®¹i:
+ §iÖn ¸p t¹i ch©n vµo kh«ng ®¶o, ch©n vµo ®¶o
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 + 0,01ToC
V0 : ®iÖn ¸p ra cña thuËt to¸n V0 = K.(V1 - V2)
K : hÖ sè khuÕch ®¹i.
Ta xÐt ë nhiÖt ®é TC = 0oC, ®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 Iht<<20mA.
Iht = << 20mA
R2 + R4 >>
Mµ V0max = 5V
V1 = 2,73V
Suy ra R2 + R4 >>
3R4 >>
R4 >> 37,8
Chän: R4 = 2M; R2 = 1M
Vz = 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:
Ura=
§©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:
H×nh 33: S¬ ®å kh©u t¹o ®iÖn ¸p chuÈn
§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:
Ut = UD + UDz = 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. Khèi chuyÓn ®æi
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 VREF .
+ Kªnh chän cã ®é ph©n gi¶i GAIN
ADC =
B¶ng 10: Gi¸ trÞ chuyÓn ®æivíi ®é ph©n gi¶i GAIN
2.3. Khèi bµn phÝm
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):
Hinh37: H×nh d¸ng bªn ngoµi vµ s¬ ®å ch©n cña IC74148
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
|
* Ho¹t ®éng:
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.
2.4. Khèi xö lý trung t©m
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%.
+ §é tr«i tÇn sè khi giµ ho¸ 0,3%/10 n¨m.
* S¬ ®å m¹ch
H×nh 41: M¹ch dao ®éng th¹ch anh
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. Khèi bé nhí
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:
B¶ng12: Ph©n bè ch©n trªn cæng song song
Chøc n¨ng ch©n
|
Tªn ch©n
|
B¸o s½n sµng truyÒn mét byte d÷ liÖu
|
1
|
§êng dÉn d÷ liÖu D0 ÷ D7
|
2 ÷ 9
|
B¸o ®· nhËn d÷ liÖu
|
10
|
B¸o thiÕt bÞ ngo¹i vi ®ang bËn
|
11
|
B¸o thiÕt bÞ ngo¹i vi ®ang trôc trÆc
|
12
|
B¸o thiÕt bÞ ngo¹i vi ®· ®îc kÝch ho¹t
|
13
|
ChØ thÞ cho thiÕt bÞ nhËn d÷ liÖu tiÕp tôc
|
14
|
Th«ng b¸o lçi thiÕt bÞ
|
15
|
§Æt l¹i tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ
|
16
|
B¸o thiÕt bÞ ®· ®îc ghÐp nèi
|
17
|
Nèi ®Êt
|
18 ÷ 25
|
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...
H×nh 44: H×nh d¹ng cæng nèi tiÕp
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.
B¶ng13: Ph©n bè ch©n trªn cæng nèi tiÕp
Ch©n
|
Chøc n¨ng
|
1
|
Ph¸t hiÖn tÝn hiÖu mang d÷ liÖu
|
2
|
D÷ liÖu nhËn tõ DCE tíi DTE qua RD
|
3
|
D÷ liÖu göi tõ DTE tíi DCE qua TD
|
4
|
DCE th«ng b¸o sµng truyÒn d÷ liÖu
|
5
|
So s¸nh tÝn hiÖu víi ®Êt
|
6
|
DTE th«ng b¸o s½n sµng nhËn d÷ liÖu
|
7
|
DTE th«ng b¸o s½n sµng truyÒn d÷ liÖu
|
8
|
DCE th«ng b¸o cho DTE nhËn d÷ liÖu
|
9
|
Th«ng b¸o DEC ®ang nhËn d÷ liÖu
|
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 VCC 2,0V ÷ 5,5V ,
+ Møc vµo VIN 0V ÷ 5,5V ,
+ Møc ra VOUT 0V ÷ VCC .
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.
B¶ng 14: Tr¹ng th¸i vµo ra
Ch©n cho phÐp
|
Vµo AN
|
Ra YN
|
L
|
L
|
L
|
L
|
H
|
H
|
H
|
X
|
Z
|
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.
H×nh 46: S¬ ®å ch©n vµ cÊu t¹o cña MAX232
C¸c ®Æc tÝnh cña MAX232:
+ Nguån cÊp Vcc 1,5 ÷ 5,5V,
+ Vµo møc thÊp VIL <0,8V,
+ Vµo møc cao VIH >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
H×nh 48: M¹ch giao tiÕp 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.
2.7. Khèi hiÓn thÞ
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:
* HiÓn thÞ b»ng LED 7 v¹ch
H×nh49: H×nh d¹ng vµ cÊu t¹o cña LED 7 v¹ch
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.
B¶ng 15: Chøc n¨ng ch©n LCD
Sè ch©n
|
Tªn
|
Chøc n¨ng
|
1
|
VSS
|
Nèi ®Êt
|
2
|
VDD
|
D¬ng nguån 5V
|
3
|
VEE
|
§iÒu chØnh ®é t¬ng ph¶n
|
4
|
RS
|
RS=0: chän thanh ghi lÖnh
RS=1: Chän thanh ghi d÷ liÖu
|
5
|
RW
|
RW=1: §äc d÷ liÖu
RW=0: Ghi d÷ liÖu
|
6
|
E
|
Cho phÐp
|
7
|
DB0
|
Ch©n d÷ liÖu 0
|
8
|
DB1
|
Ch©n d÷ liÖu 1
|
9
|
DB2
|
Ch©n d÷ liÖu 2
|
10
|
DB3
|
Ch©n d÷ liÖu 3
|
11
|
DB4
|
Ch©n d÷ liÖu 4
|
12
|
DB5
|
Ch©n d÷ liÖu 5
|
13
|
DB6
|
Ch©n d÷ liÖu 6
|
14
|
DB7
|
Ch©n d÷ liÖu 7
|
TËp lÖnh ®iÒu khiÓn LCD ®îc m« t¶ trong B¶ng 16:
B¶ng 16: TËp lÖnh göi lªn LCD
M· Hexa
|
LÖnh göi ®Õn LCD
|
1
|
Xo¸ mµn h×nh hiÓn thÞ
|
2
|
Trë vÒ ®Çu dßng
|
4
|
DÞch con trá sang tr¸i
|
6
|
DÞch con trá sang ph¶i
|
5
|
DÞch hiÓn thÞ sang tr¸i
|
7
|
DÞch hiÓn thÞ sang ph¶i
|
8
|
T¾t con trá, t¾t hiÓn thÞ
|
A
|
T¾t hiÓn thÞ, bËt con trá
|
C
|
BËt hiÓn thÞ, t¾t con trá
|
E
|
BËt hiÓn thÞ, nhÊp nh¸y con trá
|
F
|
T¾t con trá nhÊp nh¸y con trá
|
10
|
DÞch vÞ trÝ con trá sang tr¸i
|
14
|
DÞch vÞ trÝ con trá sang ph¶i
|
18
|
DÞch toµn bé hiÓn thÞ sang tr¸i
|
1C
|
DÞch toµn bé hiÓn thÞ sang ph¶i
|
80
|
§a con trá vÒ ®Çu dßng thø nhÊt
|
C0
|
§a con trá vÒ ®Çu dßng thø hai
|
38
|
Hai dßng ma trËn 5x7
|
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |