Giáo trình Kỹ thuật Vi điều khiển - Lâm Tăng Đức

cột. Hình 2.10 – Sơ đồ nguyên lý phần xuất/nhập GND GND GND LCD_D4 LCD_RS LCD_D6 LCD_D7 LCD_D5 VCC VCC LCD_R/W RST LCD_E1 J13 HEADER 2 1 2 R9 5K LCD BACK LIGHT POWER GND SW7.8 SWITCH 2 2 1 1 3 3 ROW1 LCD_E2 VCC GND LCD_D0 LCD_D1 GND CR11 104 U14 AT89C2051 RST/VPP 1 G N D 1 0 VCC 20 XTAL1 5 XTAL2 4 P1.0/AIN0 12 P1.1/AIN1 13 P1.2 14 P1.3 15 P1.4 16 P1.5 17 P1.6 18 P1.7 19 P3.0/RXD 2 P3.1/TXD 3 P3.2/INT0 6 P3.3/INT1 7 P3.4/T0 8 P3.5/T1 9 P3.7 11 U15 8255 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 VCC 26 GND 7 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 CR13 104 VCC /INT0 VCC A0 VCC A1 8255_1 KEYPAD, LCD ADRRESS: PA_1:8000H PB_1:8001H PC_1:8002H CW_1:8003H /WR /RD LCD1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 R12.1 10K R12.2 10K VCC VCC LCD_D2 /CS_8255_LCD_KEYPAD VCC GND Y12.1 12 MHz BT22 GND D0 D1 D7 D5 D2 D4 D6 LCD_D3 D3 GND GND C12.1 10uF LCD_D0 C12.2 33p LCD_D3 LCD_D4 LCD_D7 LCD_D1 LCD_D2 LCD_D5 LCD_D6 C12.3 33p GND COL3 VCC VCC GND VCC R12.3 10k J14 KEYPAD 1 2 3 4 5 6 7 8 COL2 COL1 ROW4 ROW3 ROW2 COL4 DATA BUS suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 45 + 4 hàng đ−ợc lấy từ các chân P1.0 P1.3 của vi điều khiển + 5 cột đ−ợc lấy từ các chân P1.4 P1.7 của vi điều khiển và cột cuối cùng nối đất. Tổ chức các phím gồm các phím từ 0 -9 từ A- F làm thành phần nhập dữ liệu. Các phím chức năng F1, F2 là phím lựa chọn các lệnh trên menu, phím BACK SPACE là phím xóa, giúp chỉnh sửa khi nhập liệu nhầm. Phím ENTER để kích hoạt lệnh hiện hành, tùy theo ngữ cảnh, đ−ợc hiển thị trên LCD. Trên bộ KIT, bàn phím đ−ợc dặt tách rời so với các phần khác ở góc để thuận tiện cho việc thao táo vói bàn phím. Sơ đồ nguyên lý của bàn phím nh− hình 2.11: Do chỉ làm nhiệm vụ quản lý các phím đ−ợc bấm mà không cần xử lý phức tạp nên ta dùng vi điều khiển loại nhỏ 20 chân rất thông dụng trên thị tr−ờng hiện nay là 89C2051 của h3ng ATMEL. Vi điều khiển này chỉ có hai cổng giao tiếp là P1 và P3. Riêng cổng giao tiếp P3 thì thiếu mất bit P3.6, chỉ có các bit P3.0 P3.5 và P3.7. Đây là vi điều khiển thuộc họ 8xC51 nên nó có tất cả những đặc điểm chung của họ này. Hình 2.11 – Sơ đồ bàn phím E COL4 ROW1 7 3 9 0 B BT1 BT2 BT3 BT4 BT5 BT8BT7 BT9 BT10 BT11 BT12 BT13 BT14 BT16 BT15 6 BT17 BT18 BT19 ENTER F 1 F2 4 BT20 2 BT6 5 A D 5X4 KEYPAD 8 ROW2 ROW4 ROW3 COL1 COL3 COL2 F1 C BACK SPACE J11 HEADER 8 1 2 3 4 5 6 7 8 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 46 Khi có một phím đ−ợc ấn, 89C2051 sẽ giải m3 và gửi dữ liệu m3 phím đ−ợc ấn lên cho vi điều khiển chính thông qua các chân P3.0 P3.3. Việc thông báo cho vi điều khiển chính biết có phím đ−ợc ấn thực hiện qua ngắt ngoài 1 của vi điều khiển chính. Chân P3.7 sẽ đ−ợc nối với chân ngắt EX1 của 89C52. Màn tinh thể lỏng LCD 2408 Để có thể hiển thị một cách thuận tiện, linh hoạt các thông số của hệ thống đồng thời đảm bảo đ−ợc tính mỹ thuật, ta chọn màn hình tinh thể lỏng LCD 2408. Đây là loại màn tinh thể lỏng gồm có 8 dòng, mỗi dòng có thể hiển thị 24 ký tự, rất tiện cho ng−ời sử dụng trong khi làm việc với KIT ở chế độ monitor. Bảng chức năng của các chân : U1 AT89C2051 1 20 5 4 12 13 14 15 16 17 18 19 2 3 6 7 8 9 11 RST/VPP VCC XTAL1 XTAL2 P1.0/AIN0 P1.1/AIN1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.7 Hình 2.12 - Sơ đồ chân của 89C2051 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 47 LCD 2408 có 4 chân điều khiển và 8 chân dữ liệu, 4 chân điều khiển là RS, R/W, E1, E2. Chân E1, E2: đ−ợc gọi là chân “Enable”. Chân này cho phép gửi dữ liệu vào LCD hay không. E1 dùng chọn làm việc với 4 dòng trên của màn hình. E2 làm việc với 4 dòng d−ới. Để có thể gửi dữ liệu vào LCD, đầu tiên chân này phải đ−ợc set lên “1”. Sau khi thực hiện xong các lệnh, chân này phải set xuống “0” để báo cho biết rằng LCD đ3 thực hiện lệnh và đang chờ lệnh tiếp theo. Chân RS: “Register Select”. Khi chân này ở mức “0”, LCD sẽ biết rằng các dữ liệu truyền đến nó dùng để điều khiển nh− các lệnh xóa màn hình, đặt vị trí con trỏ, .... Nếu RS ở mức “1” các dữ liệu truyền đến LCD đ−ợc nó hiểu là các dữ liệu dạng ký tự cần hiển thị Chân R/W: là chân “Read/Write”. Để có thể ghi dữ liệu lên LCD, chân này phải ở mức “0”. Còn để đọc dữ liệu từ LCD thì chân này phải ở mức “1”. Tuy nhiên trong LCD chỉ có một lệnh đọc dữ liệu từ LCD, đó chính là lệnh lấy trạng thái của LCD để báo cho biết nó đang bận hay không. Chính vì vậy chân này hầu nh− chỉ ở mức tín hiệu “0”. DB0 - DB7: 8 chân dữ liệu của LCD. Hình 2.13 – Sơ đồ chân vàsơ đồ cấp nguồn của LCD 2408 LCD_RS LCD_D7 LCD_D4 LCD_D5 LCD_D6 LCD_R/W LCD_E1 J12 HEADER 2 1 2 R8 5K LCD BACK LIGHT POWER SW7.2 SWITCH 2 2 1 1 3 3LCD_E2 LCD_D0 VCC LCD_D1 GND VCC VCC LCD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 VCC GND LCD_D2 GND LCD_D3 DATA BUS Tín hiệu điều khiển LCD 24x8 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 48 Mỗi lần thực hiện một lệnh, LCD phải mất một khoảng thời gian để hoàn tất việc này. Chính vì vậy khi ra lệnh thực hiện cho LCD, ta phải trễ một khoảng thời gian. Sau đó mới đ−ợc thực hiện lệnh tiếp theo. Tuy nhiên ph−ơng pháp trễ không đ−ợc ổn dịnh và chính xác khi tần số thạch anh thay đổi, còn một ph−ơng pháp nữa là ph−ơng pháp kiểm tra LCD đ3 sẵn sàng nhận dữ liệu hay ch−a bằng cách kiểm tra bit có trọng số cao nhất - D7 - của thanh ghi lệnh (l−u ý là thanh ghi lệnh, tức khi RS = 0), khi bit này xuống 0 báo hiệu LCD đ3 sẵn sàng nhận lệnh tiếp theo. Ph−ơng pháp này có −u điểm là làm việc ổn định, đồng bộ và không phải mất thời gian trễ d− ra không cần thiết. Để cho LCD có thể hoạt động, đầu tiên ta phải khởi tạo LCD, báo cho nó biết số hàng, số ký tự hiển thị trên một hàng. Các dữ liệu điều khiển lần l−ợt đ−ợc chuyển vào Data Bus của LCD là 38H, 0EH, và 06H. Sau các lệnh khởi tạo LCD này ta mới có thể hiển thị ký tự lên trên màn hình LCD. Việc xóa màn hình, đ−a con trỏ về góc trên bên trái có thể thực hiện đ−ợc bằng các chuyển dữ liệu điều khiển 01H vào Data Bus của LCD. Các thao tác lập trình với LCD sẽ đ−ợc bàn kỹ trong phần xây dựng các bài thí nghiệm cho KIT. Sơ đồ khối của LCD 2408 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 49 Sau đây là bảng m3 lệnh của LCD: Mã (Hexa) Lệnh đến thanh ghi của LCD 1 Xóa màn hình hiển thị 2 Trở về đầu dòng 4 Dịch con trỏ sang trái 5 Dịch con trỏ sang phải 6 Dịch hiển thị sang phải 7 Dịch hiển thị sang trái 8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị A Tắt hiển thị, bật con trỏ C Bật hiển thị, tắt con trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ 10 Dịch vị trí con trỏ sang trái 14 Dịch vị trí con trỏ sang phải 18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái 1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải 80 Đ−a con trỏ về đầu dòng thứ nhất (*) C0 Đ−a con trỏ về đầu dòng thứ hai (*) 38 Hai dòng và ma trận 5x7 (*) Địa chỉ của các dòng cụ thể của LCD 2408 nh− sau Dòng 1 0080H Dòng 2 0098H Dòng 3 00B8H Dòng 4 00D8H LCD 2408 đ−ợc phân làm 2 nửa màn hình và chân E1, E2 đ−ợc dùng để chọn làm việc với các màn hình theo thứ tự 1, 2, mức tích cực của các chân này là mức "1". Cụ thể, ví dụ ta muốn in kí tự 'A' lên dòng 2 của nửa màn hình 2 (d−ới) của LCD, ta thực hiện: - Đặt E1 =0, E2 = 1 - Chuyển sang thanh ghi lệnh: đặt RS=0 - Gửi m3 lệnh ra LCD: mov LCD_DATA_PORT, #DONG2 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 50 - Chuyển sang thanh ghi dữ liệu: đặt RS =1 - In kí tự 'A': mov LCD_DATA_PORT , #'A' 2.3.3.3 Vi mạch mở rộng cổng giao tiếp có thể lập trình 8255 Do 89C52 chỉ có 32 đ−ờng xuất nhập nên ta sử dụng 8255 - một vi mạch chuyên dụng của h3ng Intel để mở rộng I/O của 89C52. Sau đây ta tìm hiểu kỹ về vi mạch này. Đây là vi mạch của h3ng Intel dùng để mở rộng thêm các cổng giao tiếp cho các vi điều khiển cũng nh− các vi điều khiển. Nó đ−ợc sử dụng rất rộng r3i trong các ứng dụng điều khiển bởi tính linh hoạt và độ ổn định hoạt động. Chip có 3 cổng A, B, C đ−ợc truy cập riêng biệt. Các cổng này đều có khả năng lập trình làm cổng vào hoặc ra độc lập. Ngoài ra các cổng của 8255 còn có khả năng bắt tay, do vậy, cho phép giao diện với các thiết bị khác cũng có tín hiệu bắt tay, ví dụ nh− máy in. - PA0 - PA7, PB0-PB7: Cả 8 bit của cổng A, B có thể đ−ợc lập trình thành 8 bit vào, 8 bit ra, hoặc cả 8 bit 2 chiều vào/ra. - PC0 - PC7: Tất cả các bit của cổng C đều có thể đ−ợc lập trình thành các bit vào hoặc các bit ra. 8 bit này cũng có thể đ−ợc chia làm 2 phần: Phần cao (PC4- PC7) là CU (Uppers bits) và phần thấp (PC0 - PC3) là CL (Lower Bits). Mỗi phần có thể đ−ợc sử dụng độc lập làm đầu vào hoặc ra. Ngoài ra, từng bit của cổng C từ PC0 - PC7 cũng có thể đ−ợc lập trình riêng rẽ. - D0 D7: các chân dữ liệu D0-D7 của 8255 đ−ợc nối tới các chân dữ liệu của bộ vi điều khiển để cho phép trao đổi dữ liệu giữa chúng. - RD, WR: Là hai tín hiệu điều khiển tích cực mức thấp và là các chân vào của 8255. Các chân tín hiệu của /RD /WR của 8031/51 đ−ợc nối đến các chân này. U19 8255 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 Hình 2.14 Sơ đồ chân của 8255 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 51 - RESET: Là tín hiệu vào tích cực mức cao đ−ợc dùng để xóa thanh ghi điều khiển. Khi chân RESET đ−ợc kích hoạt thì tất cả các cổng đ−ợc khởi động lại làm các cổng vào. Trong nhiều thiết kế thì chân này đ−ợc nối tới đầu ra RESET của bus hệ thống hoặc đ−ợc nối đất để không bị kích hoạt. Cũng nh− tất cả các chân vào của IC, chân này cũng có thể để hở. - A0, A1, /CS: /CS là chân chọn chip, còn A0, A1 cho phép chọn cổng. Các chân này đ−ợc dùng để truy cập các cổng A, B, C hoặc thanh ghi điều khiển nh− trình bày ở bảng sau: Bảng chọn cổng của 8255 Các chế độ làm việc của 8255 Các cổng A, B, C của 8255 đ−ợc dùng để nhập xuất dữ liệu, còn thanh ghi điều khiển thì đ−ợc lập trình để chọn chế độ làm việc cho các cổng này. Các cổng của 8255 đ−ợc lập trình theo các chế độ sau: 1. Chế độ 0 (Mode 0): Đây là chế độ vào/ra đơn giản. ở chế độ này, các cổng A, B, CL, CU có thể đ−ợc lập trình làm đầu vào hoặc đầu ra. Nên nhấn mạnh rằng, ở chế độ 0 thì tất cả các bit hoặc làm đầu vào, hoặc làm đầu ra mà không thể điều khiển riêng rẽ từng bit nh− các cổng P0- P3 của 8051. Vì các ứng dụng liên quan đến 8255 chủ yếu sử dụng chế độ này và KIT cũng chỉ sử dụng chế độ này nên chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn. /CS A1 A0 Chọn cổng 0 0 0 Cổng A 0 0 1 Cổng B 0 1 0 Cổng C 0 1 1 Thanh ghi điều khiển 1 x x 8255 Không đ−ợc chọn suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 52 2. Chế độ 1 (Mode 1): ở chế độ này, cổng A ,B có thể dùng làm cổng vào/ ra hai chiều với khả năng bắt tay. Tín hiệu bắt tay đ−ợc cấp bởi các bit của cổng C. 3. Chế độ 2 (Mode 2): ở chế độ này, cổng A có thể đ−ợc dùng làm cổng vào/ra hai chiều với khả năng bắt tay, tín hiệu bắt tay đ−ợc cấp bởi các bit cổng C. Cổng B có thể đ−ợc dùng nh− ở chế độ vào/ ra đơn giản hoặc ở chế độ bắt tay Mode 1. 4. Chế độ BSR: Đây là chế độ thiết lập / xóa bit (Bit Set/Reset). ở chế độ này chỉ có những bit riêng rẽ của cổng C có thể lập trình đ−ợc. Lập trình chế độ vào ra đơn giản H3ng Intel gọi chế độ 0 là chế độ vào / ra cơ sở. Một thuật ngữ khác đ−ợc sử dụng phổ biến đó là vào ra đơn giản. ở chế độ này thì bất kì công A, B, hay C để thể đ−ợc lập trình làm cổng vào hoặc ra riêng rẽ. Tuy nhiên một cổng không thể đồng thời vừa là đầu vào lại vừa là đầu ra. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Hình 2.15 Khuôn dạng từ điều khiển của 8255 (chế độ vào ra cơ sở) Chọn mode 00 = Mode 0 01 = Mode 1 1x = Mode 2 1 = I/O Mode 0 = BSR Mode Cổng A 1= Input 0 = Output Cổng C PC7 – PC4 1= Input 0 = Output Cổng B 1= Input 0 = Output Cổng C PC3– PC0 1= Input 0 = Output Chọn mode 0 = Mode 0 1 = Mode 1 Nhóm A Nhóm B suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 53 2.3.4 Khối vào/ra ADC, DAC Hình 2.16 – Sơ đồ nguyên lý khối vào/ra ADC, DAC 4PC5 GND C14.1 10uF GND 4PB0 4PB4 4PB1 4PB3 4PB6 4PB5 4PB2 4PB7 D1 D4 D0 D2 D3 D6 D7 D5 4PB6 4PB3 4PB5 4PB1 4PB2 4PB0 4PB7 4PB4 R2 2.7K U14 ADC0809/LCC EOC 7 CLK 10 VCC 11 +VREF 12 -VREF 16 ALE 22 ADDC 23 ADDB 24 ADDA 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 OE 9 START 6 DB0 17 DB1 14 DB2 15 DB3 8 DB4 18 DB5 19 DB6 20 DB7 21 4PC5/RD /WR A0 A1 SW1 SW DIP-4 /CS 6_8255 U16 LM555 OUT 3 RST 4 VCC 8 GND 1 CV 5 TRG 2THR 6 DSCHG 7 GND GND CLK ADC CLK ADC GND U1 8255 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 V C C 2 6 GND 7 CR16.2 10nF ẹAÀU VAỉO TệễNG Tệẽ U15 DAC0808 A8 12 A7 11 A6 10 A5 9 A4 8 A3 7 A2 6 A1 5 VR+ 14 VR- 15 IOUT 4 IOUT 2 COMP 16 V+ 13 V- 3 ẹAÀU RA TệễNG Tệẽ R17.1 4K7 -5V R15.1 1.5K R15.2 1.5K U18 LM35/TO VS+ 1 VOUT 2 CR1 104 -12V VCC - + U17A HA177413 2 6 7 4 C15.1 0.1uF VCC GND J_OUT ANALOG HEADER 2 1 2 GND GND 12V GND CR14 104 4PA0 4PA2 4PA3 4PA2 4PA0 4PA4 4PA6 4PA1 4PA3 4PA5 4PA7 VCC GND 4PC4 4PC0 CR15.1 C 4PC4 4PC3 4PC1 4PC2 4PC0 4PC1 4PC2 4PC3 VCC 4PA0 VCC VCC GND -5V -12V 12V J6 8255_4_5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 LED 7 DOAN, LED MATRIX 8X8 TO BOARD NGOAI VI 3 4PA1 D2 D1 D0 D4 D3 4PA2 D6 D5 VCC -5V -12V 12V GND /CS_8255_MATRIX_LED /RD A0 /CS_8255_7SEG_LED A1 /WR D7 A D C, D A C 4PA3 VCC VCC VCC R1 6.9K R3 10K CAÙC BOÄ BIEÁN ẹOÅI TệễNG Tệẽ SOÁ, SOÁ TệễNG Tệẽ 8255_2 ADC, DAC ADRRESS: PA_2:8004H PB_2:8005H PC_2:8006H CW_2:8007H GND R15.3 1K CR16.1 330pF J7 HEADER 8 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC GND VCC 4PA1 R4 10K R5 10K CLOCK for ADC R15.4 1K suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 54 Các linh kiện chính có trong mạch: ADC0809 7 10 11 12 16 22 23 24 25 26 27 28 1 2 3 4 5 9 6 17 14 15 8 18 19 20 21 EOC CLK VCC +VREF -VREF ALE ADDC ADDB ADDA IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 OE START DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 ADC0809 là vi mạch chuyển đổi tín hiệu từ t−ơng tự sang số 8 bit. Vi mạch này đ−ợc chế tạo theo công nghệ CMOS. Bộ chuyển đổi t−ơng tự số này sử dụng ph−ơng pháp chuyển đổi xấp xỉ. Sai số của phép chuyển đổi là 1 bit. Tuy nhiên do yêu cầu về độ chính xác của tín hiệu trong bộ KIT không quá cao nên sai số nh− trên là chấp nhận đ−ợc. Sau đây là một vài đặc điểm của vi mạch ADC0809 : - Nguồn nuôi 5 V. Dải tín hiệu lối vào t−ơng tự 5V khi nguồn nuôi là +5V. Có thể mở rộng thang đo bằng các giải pháp kỹ thuật cho từng mạch cụ thể. - Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển vì đầu ra có bộ đệm 3 trạng thái nên có thể ghép trực tiếp vào kênh dữ liệu của hệ vi điều khiển. - Tổng sai số ch−a chỉnh 1/2 LSB. - Thời gian chuyển đổi 100 s . - Tần số xung clock 10kHz – 1028 kHz. - Đảm bảo sai số tuyến tính trong dải nhiệt độ từ –400C 85OC. Chức năng của các chân của ADC0809 : Hình 2.17 - Sơ đồ chân của ADC 0809 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 55 - IN0 – IN7 : 8 chân đầu vào t−ơng tự. - A, B, C : các chân tín hiệu chọn kênh. - Các chân D0 D7 : là các đầu ra số. - ALE : chân tín hiệu cho phép chốt số liệu đầu vào. - Start : xung cho phép bắt đầu chuyển đổi. - Clk : đầu vào cung cấp xung clock cho ADC - Ref(+) : điện áp vào chuẩn +5v - Ref(-) : điện áp vào chuẩn 0 - OE : Chân cho phép xuất dữ liệu đ3 chuyển đổi ra DataBus. - EOC : Cho biết quá trình chuyển đổi đ3 kết thúc. - Vcc: nguồn cung cấp Hoạt động của ADC0809 : Đầu tiên ta phát tín hiệu vào 3 chân A, B, C để chọn cổng vào t−ơng tự. Để bắt đầu cho ADC0809 hoạt động, ta phát xung vào chân Start. Tiếp tục phát xung ALE để chốt dữ liệu t−ơng tự đầu vào. Sau khi quá trình chuyển đổi t−ơng tự – số đ3 diễn ra xong. ADC0809 sẽ tự phát ra một xung trên chân EOC để báo cho biết đ3 kết thúc quá trình chuyển đổi. Để dữ liệu đ−ợc đ−a ra các chân D0 D7, ta phát một xung vào chân OE của ADC0809. Bây giờ có thể đọc dữ liệu đ−ợc. Trong mạch nguyên lý của khối vào/ra ADC-DAC, ADC0809 đ−ợc điều khiển bởi 2 cổng của 8255. Cổng PA của 8255 đ−ợc nối với các chân ra số của ADC, còn việc phát xung điều khiển ADC đ−ợc thực hiện bởi 4 bit thấp của cổng PC. LM555 Đây là vi mạch dùng để tạo xung clock cho ADC0809. Vi mạch này đ−ợc sử dụng rộng r3i trong các ứng dụng cần tạo ra xung vuông có tần số thay đổi. D−ới đây là sơ đồ khối và cách làm việc của IC này. suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 56 LM35 Trong phần chuyển đổi ADC, DAC ngoài đầu vào tín hiệu t−ơng tự bằng các biến trở vi chỉnh, trên KIT còn trang bị một cảm biến nhiệt độ, họ LM35. Đây là họ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp, chính xác cao, có điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ C. Họ cảm biến này không yêu cầu căn chỉnh ngoài vì vốn nó đ3 đ−ợc căn chỉnh. Họ này cho điện áp ra 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ là 10C. U1 LM555 3 4 8 5 2 6 7 OUT RST VCC CV TRG THR DSCHG Hình 2.18 - Sơ đồ chân LM555 Hình 2.19 Sơ đồ chân của LM35 U6 DAC0808 12 11 10 9 8 7 6 5 14 15 4 2 16 1 3 3 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 VR+ VR- IOUT IOUT COMP V + V - Hình 2.20 - Sơ đồ chân của DAC0808 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 57 DAC0808 DAC0808 là vi mạch chuyển đổi tín hiệu từ số sang t−ơng tự có độ chính xác 8 bit. Tín hiệu t−ơng tự là dòng (Iout) và nếu nối điện trở tới chân Iout thì kết quả sẽ đ−ợc chuyển thành điện áp. Dòng tổng đ−ợc cấp bởi chân Iout là một hàm số nhị phân của các đầu vào D0 – D7 của DAC0808 và đ−ợc tính theo Iref nh− sau: 7 6 5 4 3 2 1 0 2 4 8 16 32 64 128 256 OUT REF D D D D D D D D I I Dòng đầu vào IREF phải đ−ợc áp vào chân 14. Dòng IREF th−ờng đạt giá trị 2mA. Nếu IREF = 2mA, còn tất cả đầu vào nối với mức cao thì dòng điện cực đại ở đầu ra là 1.99mA. Chuyển IOUT sang điện áp ở DAC0808 Nếu nối điện trở tới chân IOUT thì dòng đ−ợc chuyển thành điện áp và có thể kiểm tra đầu ra bằng máy hiện sóng. Tuy nhiên, nh− vậy sẽ làm giảm độ chính xác do bị thay đổi trở kháng vào của tải. Vì vậy dòng IREF cần đ−ợc cách ly bằng cách dùng khuyếch đại thuật toán, ví dụ nh− HA17741 với điện trở hồi tiếp Rf = 5 K. Chức năng các chân : - A1 A8 : Các đầu vào số - VR+ : Điện áp chuẩn d−ơng - VR- : Điện áp chuẩn âm - V- (VEE) : Điện áp so sánh hiệu chỉnh - V+ : Điện áp nguồn cung cấp - COMP : Chân tín hiệu so sánh - IOUT : Dòng ra d−ơng - /IOUT : Dòng ra âm Sau đây là mạch ứng dụng phổ biến nhất của ADC0808 : suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 58 suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 59 2.3.5 Khối vào/ra xung số, điều khiển động cơ b−ớc 3PA2 3PA3 RN2 10k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3PA4 J9 HEADER 2 1 2 3PA5 VCC 3PA6 ẹOÄNG Cễ 1 CHIEÀU GND 3PA7 3PC7 VCC 3PA3 3PA4 U3 8255 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 VCC 26 GND 7 3PA5 3PC4 3PA6 3PA7 ẹAÀU VAỉO XUNG DAẽNG NUÙT AÁN 3PC5 3PC4 3PC5 3PC6 3PC7 8255_3 XUNG SOÁ, ẹOÄNG Cễ BệễÙC ADRRESS: PA_3:8008H PB_3:8009H PC_3:800AH CW_3:800BH 3PC6 J10 HEADER 2 1 2 ẹ I E ÀU K H I E ÅN ẹ OÄN G Cễ BệễÙC OUT5 J6 HEADER 2 1 2 R22.21 1K R22.22 1K R22.23 1K R22.24 1K D22.9 J11 HEADER 2 1 2 D22.10 D22.11 D22.12 3PB0 J7 HEADER 2 1 2 GND CR3 104 SW1 SW DIP-10 V A ỉO R A X UNG SOÁ 3PC0 3PC1 3PC2 3PC3 3PB1 VCC OUT6 D0 D1 D2 D4 D3 D5 VCC D6 D7 D22.13 LED GND 3PB2 /RD /WR A1 A0 /CS_8255_PULSE_STEPPER GND 3PB3 3PB1 3PB0 3PB3 3PB2 3PB4 ẹAÀU VAỉO SOÁ 3PB5 3PB4 3PC1 3PC0 3PA0 3PA1 SW22.9 SW22.10 3PB5 SW22.11 SW22.12 3PA2 D22.14 LED SW2 SW KEY-SPDT D22.15 LED OUT5 3PA6 3PC3 D22.16 LED OUT6 D22.17 LED 3PC2 ẹ OÄNG Cễ 1 CH I E ÀU 3PC4 D22.18 LED 3PA0 3PC4 3PA5 3PA1 3PC5 3PA4 3PA2 3PC5 3PA3 RN1 1k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3PC6 3PA3 VCC 3PA2 3PA4 R22.9 1K R22.10 1K 3PC6 R22.11 1K R22.12 1K 3PA1 3PA5 3PC7 U4 ULN2803 COM 10 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 3PA0 3PA6 ẹOÄNG Cễ BệễÙC J_STEPMOTOR HEADER 6 1 2 3 4 5 6 D22.19 LED 3PA7 3PC7 D22.20 LED 12VVCC ẹAÀU VAỉO XUNG Tệỉ CAÙC THIEÁT Bề NGOAỉI NHệ ENCODER 3PA7 D5 3PA0 J5 8255_3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 D6 VAỉO RA XUNG SOÁ ẹOÄNG Cễ BệễÙC VCC 12V GND -5V -12V A0 A1 /WR /RD D0 /CS_8255_PULSE_STEPPER D2 D1 VCC GND -5V D3 -12V 12V D4 D7 3PA1 Linh kiện chính có trong mạch : Động cơ b−ớc Động cơ b−ớc thực hiện việc chuyển các xung điện thành các b−ớc quay mịn của motor. Do có sự t−ơng ứng 1-1 giữa xung điện điều khiển và b−ớc quay của motor nên động cơ b−ớc có độ chính xác dịch chuyển cao. Vì vậy động cơ b−ớc th−ờng đ−ợc sử dụng trong các thiết bị toạ độ chính xác nh− cánh tay robot, máy in, máy vẽ, thiết bị khoa học... Hình 2.21 - Khối vào/ra xung số và điều khiển động cơ b−ớc, động cơ 1 chiều suu tam: trinhvubao.ac@gmail.com www.scribd.com/bao_trinh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khi