Đồ án Thiết kế kỹ thuật căn bản về PIC16F877A đo nhiệt độ dùng LM35, hiển thị lên LCD

BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬTCĂN BẢN VỀ PIC16F877AĐO NHIỆT ĐỘ DÙNG LM35, HIỂN THỊ LÊN LCD Sau đây là qui trình tìm hiểu về PIC của nhóm 1. Trước hết nhóm đã lên mạng tìm hiểu tổng quan về PIC để xem mình nên bắt đầu từ đâu, và chủ yếu học từ diễn đàn www.picvietnam.com, tiện thể nhóm xin gửi lời cám ơn tới diễn đàn này. Nhóm đã tìm được 1 bài dẫn dắt về PIC của tác giả FALLEAF, và theo đó thì để học PIC ta nên bắt đầu bằng việc tìm hiểu về các khái niệm và làm các công việc -Thanh ghi-register -Cờ-flag -Định thời-Timer -Làm mạch nhấp nháy Led Nhưng nếu search trên mạng với từ khoá PIC và các khái niệm này thì có rất ít, thậm chí nhóm tìm không ra. Lý do đơn giản vì các phần kiến thức này đáng lẽ phải được học trong các môn tiền đề cho PIC như kiến trúc máy tính hay vi xử lý. Nhóm tìm tới hỏi các anh đi trước, và theo hướng dẫn của anh Ca ( SV Bách Khoa K05) thì nên tìm hiểu về vi điều khiển 8051 trước, và nên học lập trình bằng ASM Để tìm hiểu 8051, nhóm đã tìm đọc sách về 8051 của tác giả Tống Văn On. Chính trong sách này, nhóm đã hiểu được các khái niệm về thanh ghi, định thời, và ngôn ngữ ASM (chỉ ở mức căn bản) Nhóm xin được nói về cách hiểu của mình về các khái niệm trên Thanh ghi Trong một vi xử lý 8051 có rất nhiều thanh ghi (khoảng hơn trăm thanh) mỗi thanh là một chuỗi các bit, mỗi bit có 2 giá trị là 1 hoặc 0 và có thể đuợc gán bởi người lập trình, Đa số thanh ghi có 8 bit, ngoài ra còn có các thanh 13 bit. Mỗi thanh như thế có các chức năng riêng. Có thanh chỉ đơn thuần chỉ để nhớ một giá trị nào đó, thanh ghi 8 bit thì chỉ nhớ được giá trị từ 0 tới 255 Có thanh dùng để điều khiển, ví dụ thanh ghi cho phép xuất hoặc nhập PORTB. PORTB có 8 chân, mỗi chân được điều khiển là chân xuất hay nhập bởi thanh ghi PORTB. Nếu thanh ghi PORTB có giá trị 00000001b thì có nghĩa là chân B0 là chân nhập dữ liệu, còn các chân B1-B7 là chân xuất dữ liệu Cờ (flag) Cờ cũng là 1bit, nhưng nó có chức năng đặc biệt hơn các bit khác nên người ta đặt tên cho nó. Ta sẽ hiểu kỹ hơn về nó qua một ví dụ trong phần timer Định thời (Timer) Định thời là một chức năng không thể thiếu của các vi điều khiển, nó cho phép vi điều khiển đếm thời gian. Tuy nhiên không thể đếm một cách trực tiếp như con người được, timer đếm thời gian thông qua việc đếm xung dao động. Một vi điều khiển có khoảng vài timer. Bộ định thời cũng là các thanh ghi, chúng được điều khiển bởi bit định thời. Khi ta set bit định thời bằng 1 thì thanh ghi định thời bắt đầu nhảy số 0, 1, 10 … cho đến khi thanh ghi định thời có giá trị 11111111. Bit 7 của thanh ghi định thời là một cờ, bình thường thì bit này bằng 0, cho đến khi thanh ghi đã đếm lên tới giá trị max thì bit này mới bằng 1, và sau đó thanh ghi timer lại trả về giá trị 0 và bắt đầu đếm lại, , và nó chỉ dừng khi bit định thời được gán bằng 0 trở lại. Cờ này như một cách đánh dấu một chu kỳ đếm, giữa 2 lần cờ này bằng 1 là 256 giá trị đã được đếm Cũng có timer nhiều hơn 8bit Hợp ngữ ASM Vi điều khiển muốn hoạt động được phải có các chỉ dẫn cho nó làm việc, đó là các file hex. Mở một file hex ta thấy toàn những 0 với 1. Con người sẽ mất rất nhiều thời gian để viết nên 1 chương trình toàn 0 với 1, vì vậy người ta xây dựng các ngôn ngữ lập trình. Thay vì viết 1 dòng lệnh toàn 0 với 1 thì ta viết một dòng lệnh khác tương đương nhưng gần gũi hơn với ngôn ngữ con người. Ngôn ngữ càng gần với con người thì có cấp càng cao. ASM là ngôn ngữ gần với file hex nhất. Làm việc với ASM ta chủ yếu làm việc với các bit, như việc set bit bằng 1 hay di chuyển giá trị từ thanh ghi này sang thanh ghi khác,… 2. Sau khi tìm hiểu qua sách vở những khái niệm này từ xong, nhóm bắt đầu chính thức tìm hiểu về PIC. Công cụ mô phỏng hữu hiệu là Proteus Ngôn ngữ lập trình là CCS, học từ Tutorial của anh Trần Xuân Trường K2001 ĐHBK Nhóm tìm hiểu về PIC thông qua tutorial của tác giả Nguyễn Trung Chính trên diễn đàn picvietnam, xin cám ơn anh Chính đã viết một tutorial rất hay và căn bản và xin phép lấy các hình ảnh minh hoạ từ tutorial này Sơ đồ chân của PIC16F877A : Để PIC hoạt động ta cần cấp nguồn cho PIC. Ngoài ra có thể thêm vào bộ dao động thạch anh, và nút nhấn reset: Và đây là mạch nháy Led PortB: Mô phỏng bằng Proteus: Mạch nhấp nháy Led PIC16F877A Led Trở 330 Ohm Dùng 1 DCVolmeter ở chân B0, ta thấy điện áp xuất ra ở chân này thay đổi 0V, 5V sau mỗi thời gian delay Code : #include #device* =16 ADC=8 #FUSES NOWDT,HS,NOPUT,NOPROTECT,NODEBUG,NOBROWNOUT,NOLVP,NOCPD,NOWRT #use delay (clock=20000000) void main() { //Thiet lap che do cho PORT B Set_tris_b(0x00); //Tat ca PORT B deu la cong xuat du lieu output_b(0xFF); //Mo het cac Led While(TRUE) //Vong lap vo han { output_b(0xFF); //Cho các Led sáng delay_ms(500); // Delay 0.5s output_b(0x00); //Tat het cac Led delay_ms(500); Cho 0.5s } } Sau đó tiến hành thực nghiệm: Phải làm nguồn 5V cho PIC Phải làm mạch nhấp nháy Led Sau khi xem qua các linh kiện của một anh K05 (anh Ca) để biết mặt các linh kiện nó ra làm sao thì ra Nhật Tảo mua Các dụng cụ cơ bản;Test board Board đục lỗMỏ hàn, chì, nhựa thôngMũi khoan Hút chì Các linh kiện cho nguồn 5V: Board đục lỗ Biến áp cách ly-còn gọi là tăng phô 7805- dùng để xén 5V (7806 thì xén 6V), có thêm nhôm tản nhiệt Domino Cầu diod Tụ 1000 uF 35V Tụ 10uF 50V5 Tụ kẹo 104 Sơ đồ mạch nguồn 5V 3. Sử dụng LCD TC1602A Đây là LCD 2 hàng, mỗi hang 16 ký tự Để sử dụng LCD , ta hãy đọc file “LCD.C” trong thư viện Driver của CCS. Ở đó CCS hướng dẫn cách ta đi dây cho các chân của LCD, đồng thời CCS viết sẵn cho ta các hàm thao tác cho LCD: Cách nối dây: // As defined in the following structure the pin connection is as follows: // D0 enable // D1 rs // D2 rw // D4 D4 // D5 D5 // D6 D6 // D7 D7 // LCD pins D0-D3 are not used and PIC D3 is not used. Các hàm thông dụng lcd_init() : là hàm phải có để báo rằng sẽ sử dụng LCD lcd_putc( char c) : hàm để xuất ký tự ra LCD lcd_gotoxy( BYTE x, BYTE y) : hàm cho phép con trỏ nhảy tới vị trí (x,y) trên LCD Mô phỏng ví dụ dùng LCD bằng Proteus: Code : #define #include "16F877A.h" #device *=16 adc=8 //#device PIC16F877A *=16 #use delay(clock=20000000) #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use rs232(baud=115200,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9) #include void main () { lcd_init(); lcd_putc("Do an ky thuat"); } Kết quả: 4. LM35 Đây là cảm biến nhiệt độ LM35 có 3 chân : 2 chân cấp nguồn và 1 chân xuất điện áp ra tùy theo nhiệt độ Nhiệt độ tăng 1C thì điện áp xuất ra ở chân out của LM35 tăng 10mV Các đặc tính kỹ thuật khác : Mô phỏng bằng Proteus: Nhiệt độ là 27C, điện áp xuất ra là V=0.27176 chứng tỏ sự tăng 10mV /C là khá chính xác. Khi mô phỏng Proteus, nếu khối LM35 không hoạt động, thì click chuột phải/ edit properties/ bỏ check exclude from Simulation đi. 5. Chức năng ADC của PIC16F877A Chức năng ADC cho phép PIC nhận tín hiệu tương tự từ các chân có hỗ trợ ADC và chuyển tín hiệu đó sang tín hiệu số để xử lý. Các chân có hỗ trợ ADC của PIC16F877A là : A0 A1 A2 A3 A5 E0 E1 E2. Một số lệnh căn bản khi dùng ADC: Muốn dùng ADC, ta phải khai báo #DEVICE cho biết dùng ADC mấy bit, chẳng hạn #device*=16 ADC=8 cho biết dùng ADC 8 bit Setup_ADC(mode) .Mode là ADC_OFF : tắt chức năng ADC .Mode là ADC_CLOCK_INTERNAL : thời gian lấy mẫu bằng xung clock .Mode là ADC_CLOCK_DIV_2 : gian lấy mẫu bằng xung clock /2 Setup_ADC_ports(value) //Xác định chân lấy tín hiệu Analog và điện thế chuẩn .Value là ALL_ANALOGS : dùng tất cả các chân có hỗ trợ ADC .Value là NO_ANALOG : không dùng ADC .Value la ANi : dùng chân ANi là chân ADC Set_ADC_channel(channel) //chọn chân để đọc giá trị analog bằng lệnh read_adc() .Với PIC16F877A channel có 8 giá trị 0-7 tương ứng là các chân A0-E2 như đã kể ở trên .Để chính xác ta nên delay khoảng 10ms truớc khi đọc tín hiệu: .Vd: set_ADC_channel(0); delay_ms(10); read = read_adc(); Sau đoạn code này, read sẽ có giá trị bằng giá trị điện áp mà chân được 6. Tới đây ta đã đủ công cụ để làm mạch hoàn chỉnh Mô phỏng bằng Proteus: Kết quả : Code: #define #include "16F877A.h" #device *=16 adc=8 //#device PIC16F877A *=16 #use delay(clock=12000000) #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT //#use rs232(baud=115200,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=9) #include #INT_EXT int8 read; void main(void) { // set_tris_b(0); set_tris_a(0xFF); set_tris_d(0x00); // Khoi tao cho ngat ngoai enable_interrupts (INT_EXT); ext_int_edge(H_TO_L); enable_interrupts (GLOBAL); //Khoi tao ADC setup_adc_ports(AN0); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); delay_ms(50); while(TRUE) { lcd_init(); read=read_adc(); read =read*1.960784314; printf(lcd_putc,"\rNhiet do: %u",read); delay_us(20); } } Khi dùng ADC 8bit, tín hiệu ADC đọc được từ chân ADC như sau: 1V 2V 3V 4V 5V 51 102 153 204 255 Tức là nếu điện áp vào 1V thì tín hiệu digital tăng 51 1V à ADC=51 1Cà10mVàADC=10*51/1000 Suy ra T àADC = T*10*51/1000 Suy ra T = ADC*1000/10/51 = ADC * 1.960784314 Công thức này đã dùng ở đoạn code trên 7. Làm mạch thực tế: Vẽ mạch in dùng chức năng ARES trong Proteus: Xin cám ơn bạn Thái Thiện đã hướng dẫn tôi cách sử dụng ARES Sau khi vẽ xong sơ đồ nguyên lý như trên, ta chọn nút ARES để chuyển qua mạch vẽ mạch in, sau khi sắp xếp, bổ sung, đi dây mạch và in ra PDF (dùng chương trình in máy in ảo “Virtual PDF Printer” ta có được một sơ đồ như sau:Có thể xem ở chế độ 3D : Đem mạch in trên ra tiệm in Laser (in phun không được), chú ý các xem bản in có vừa với chân PIC không, nếu không thì phải in lại với tỉ lệ thích hợp. Thông thường in lên giấy kiếng, nhưng in lên giấy A4 thường cũng được Mua board đồng và đặt bản in lên, dùng bản ủi ủi qua lại khoảng 5ph, lúc đầu cứ nghĩ ủi lâu sẽ ăn mực, nhưng không phải vậy. Đợi board đồng nguội rồi gỡ ra, nếu dùng giấy A4 thường thì nên thấm thêm ít nước để mực dễ bám vào đồng Mua thêm cây viết vẽ mạch in, nếu mực chỗ nào chưa bám tốt thì đồ lên. Đem board đồng ngâm vào dung dịch FeCl3 mua ở chợ, vớt lên xem nếu đồng đã bị trôi hết thì lấy ra, nếu chưa thì ngâm tiếp. Dùng xăng chùi đi lớp mực còn bám, ta có được một mạch hoàn chỉnh Và cuối cùng nhóm xin cám ơn những người đã chỉ dẫn cho chúng tôi