Thiết kế một hệ thống đo lường cơ bản gồm đo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt Ds18b20 và đo tốc độ động cơ sử dụng Motor – Encoder

hức theo kiểu 8K x 16. Nhằm đảm bảo phần mềm được an toàn, bộ nhớ chương trình Flash được chia thành 2 phần: phần chương trình Boot (Boot Program Sector) và phần chương trình ứng dụng (Application Program Sector). Bộ nhớ Flash có thể ghi xóa được đến 1.000 lần. Bộ đếm chương trình của ATmega16 có kích thước 13bit để ghi địa chỉ cho bộ nhớ chương trình 8K. Bảng phân chia 2 phần của bộ nhớ: Hình 2.3 – Sơ đồ phân chia bộ nhớ 2.4.2. Bộ nhớ dữ liệu SRAM: Hình 2.4 – Sơ đồ địa chỉ bộ nhớ Hình trên là địa chỉ của bộ nhớ dữ liệu của các thanh ghi R0 – R31, bộ nhớ IO và bộ nhớ SRAM. 63 địa chỉ đầu là của các thanh ghi R và IO, còn bộ nhớ SRAM chiếm 1024 địa chỉ còn lại. 2.4.3.Bộ nhớ dữ liệu EEPROM: Vi điều khiển ATmega16 có bộ nhớ EEPROM với kích thước 512 byte. Nó được phân chia thành một khu vực riêng và có thể truy cập đến từng byte. Bộ nhớ EEPROM có thể ghi xóa đến 100.000 lần. 2.5. Xung nhịp của hệ thống và việc lựa chọn xung nhịp: Vi điều khiển ATmega16 có nhiều lựa chọn trong việc thiết lập xung nhịp cho hệ thống. Xung nhịp có thể do mạch tạo dao động bên trong vi điều khiển, cũng có thể do mạch dao động bên ngoài. Hình 2.5 – Sơ đồ khối hệ thống xung nhịp Việc lựa chọn nguồn xung nhịp được thực hiện thông qua quá trình thiết lập các bit CKSEL3…0 (lựa chọn nguồn xung cũng như cả tần số của nguồn xung). Các nguồn xung CKSEL3…0 Extenal Crystal / Ceramic Resonator 1111 – 1010 External Low-frequency Crystal 1001 External RC Oscillator 1000 – 0101 Calibrated Internal RC Oscillator 0100 – 0001 External Clock 0000 Sau đây là một số cách kết nối với nguồn xung nhịp bên ngoài: Kết nối với thạch anh Nguồn RC bên ngoài Nguồn xung clock bên ngoài Bảng 2.1 – Kết nối với nguồn xung bên ngoài 2.6. Giới thiệu về Timer/Counter của ATmega16: 2.6.1. Timer/Counter0: Các chức năng chính: Kênh đếm so sánh đơn. Xóa giá trị timer khi đạt tới giá trị so sánh (Auto Reload). Chế độ PWM. Đếm sự kiện bên ngoài. Bộ chia tần số 10bit. Ngắt khi tràn hoặc tại giá trị so sánh. Hình 2.6 – Sơ đồ khối của Timer/Counter0 Các chế độ hoạt động của Timer/Counter0: Chế độ bình thường. Chế độ xóa giá trị Timer khi đạt tới giá trị so sánh. Chế độ Fast PWM. Chế độ PWM. Trong đề tài này, Timer/Counter0 được dùng để tạo xung PWM. Vì thế, phần này chỉ đề cập đến chế độ hiệu chỉnh PWM của Timer/Counter0. Chế độ hiệu chỉnh xung PWM giúp tạo ra dạng xung PWM với độ phân giải cao. Chế độ này dựa trên hoạt động dual-slope (dạng hai sườn lên xuống theo giá trị thanh ghi). Bộ đếm đếm liên tục từ giá trị BOTTOM đến MAX rồi đếm từ MAX xuống BOTTOM. Nếu chọn ngõ ra dạng không đảo (non-inverting), chân OC0 ở mức 0 tại giá trị so sánh giữa OCR0 với TCNT0 khi đếm lên, và ở mức 1 tại giá trị so sánh khi đếm xuống. Nếu chọn ngõ ra dạng đảo (inverting), chân OC0 sẽ hoạt động ngược lại. Chế độ hoạt động dual-slope có tần số thấp hơn so với chế độ single-slope. Tuy nhiên, do đặc tính đối xứng nên kiểu dual-slope thích hợp hơn cho các ứng dụng điều khiển động cơ. Độ phân giải của chế độ PWM này là 8bit. Bộ đếm sẽ tăng dần đến giá trị MAX. Khi đạt tới MAX, bộ đếm sẽ đảo chiều và đếm xuống tới BOTTOM. Như vậy, một chu kỳ của timer bằng thời gian giữa hai lần giá trị TCNT0 đạt MAX. Hình 2.7 - Giản đồ thời gian của chế độ PWM Cờ tràn TOV0 được set mỗi lần bộ đếm đạt tới giá trị BOTTOM. Khi timer đạt tới giá trị này, ta có thể sử dụng để kích hoạt chương trình ngắt qua cờ báo ngắt. Xung PWM được đưa ra trên chân OC0. Việc thiết lập ngõ ra dạng đảo (inverting) hay không đảo (non-inverting) được thực hiện qua hai bit COM01 và COM00. Giá trị thực sự của OC0 chỉ có thể thấy được khi ta đặt OC0 là ngõ ra. Tần số của xung PWM được tính toán dựa vào công thức sau: Trong đó, N là giá trị của bộ chia tần số (1, 8, 64, 256,1024). Thanh ghi OCR0 sẽ đạt tới cực trị (cực đại hoặc cực tiểu) thay cho các trường hợp đặc biệt khi phát ra dạng xung PWM. Trong chế độ không đảo, nếu OCR0 được đặt giá trị BOTTOM, ngõ ra luôn ở mức thấp và nếu OCR0 được đặt giá trị MAX thì ngõ ra luôn ở mức cao. Đối với chế độ đảo thì hoạt động ngược lại. 2.6.2. Timer/Counter1: Các chức năng chính: Thiết kế 16bit thực sự (cho phép tạo ra xung PWM 16bit). 2 bộ so sánh ngõ ra độc lập. 1 bộ bắt mẫu từ ngõ vào. 1 bộ giảm nhiễu ngõ vào. Chế độ xóa timer khi đạt tới giá trị so sánh. Tạo tần số. Tạo xung PWM có thể thay đổi giá trị. Đếm sự kiện ngoài. 4 nguồn ngắt độc lập (TOV1, OCF1A, OCF1B và ICF1). Hình 2.8 - Sơ đồ khối của timer/counter1 Các chế độ hoạt động: Chế độ bình thường. Chế độ xóa timer khi đạt tới giá trị so sánh. Chế độ Fast PWM. Chế độ PWM (Phase Correct PWM). Chế độ Phase and Frequency Correct PWM. Giới thiệu về chế độ đếm sự kiện ngoài: Chân ngõ vào T1: tác động cạnh lên hoặc xuống (tùy lựa chọn). Trong chế độ này, bộ đếm luôn đếm lên, khi đạt tới giá trị MAX (0xFFFF) thì tự động reset về BOTTOM (0x0000). 2.6.3. Giới thiệu timer/counter2: Các chức năng chính: Kênh đếm so sánh đơn. Xóa timer khi đạt tới giá trị so sánh (Auto Reload). Chế độ PWM. Đếm sự kiện bên ngoài. Bộ chia tần số 10bit. Ngắt khi tràn hoặc tại giá trị so sánh. Hình 2.9 - Sơ đồ khối của timer/counter2 Các chế độ hoạt động của Timer/Counter2: Chế độ bình thường. Chế độ xóa timer khi đạt tới giá trị so sánh. Chế độ Fast PWM. Chế độ PWM. Giới thiệu chế độ xóa giá trị Timer khi đạt tới giá trị so sánh (CTC): Trong chế độ này, thanh ghi OCR2 được dùng để thiết lập độ phân giải cho bộ đếm. Khi TCNT đạt tới giá trị bằng với OCR2, bộ đếm được xóa về 0. Thanh ghi OCR2 xác định giá trị lớn nhất và cũng là độ phân giải của Timer2. Hình 2.10 - Giản đồ thời gian của chế độ CTC Khi bộ đếm đạt tới giá trị TOP, cờ OCF2 kích hoạt chương trình ngắt. Khi đã được kích hoạt, chương trình ngắt có thể được sử dụng để cập nhật giá trị TOP. Chu kỳ của Timer trong chế độ CTC có thể tính như sau: Với công thức trên, ta có thể tính thời gian lấy mẫu như sau: Timer 8bit, giá trị MaxVal đặt trong OCR = 155, nguồn xung clock 16MHz, chia tần số 1024 thì thời gian lấy mẫu là 10ms. 2.7. Bộ truyền nhận dữ liệu USART: USART (The Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter – Bộ truyền nhận nối tiếp tổng hợp đồng bộ và bất đồng bộ) Đặc điểm: Hoạt động song công. Cho phép làm việc ở các chế độ : đồng bộ hay bất đồng bộ. Bộ phát tốc độ baud (BAUD RATE) với độ phân giải cao. Hỗ trợ Format khung truyền nối tiếp : 5,6,7,8, hay 9 Data Bits và 1 hoặc 2 bit Stop. Hỗ trợ kiểm tra bit chẵn , lẻ bằng phần cứng. Có thể phát hiện Data bị tràn , khung truyền bị lỗi. Có 3 cờ báo ngắt : TX complete, TX Data Register Empty và RX complete. Có chế độ truyền thông đa xử lý. Double speed (chỉ áp dụng cho chế độ truyền thông bất đồng bộ). Hình 2.11 - Sơ đồ khối USART Trong sơ đồ trên, có ba khối nằm trong phần khung vuông là ba phần chính của USART: bộ phát xung, bộ truyền và bộ nhận. Thanh ghi điều khiển được sử dụng chung cho các thành phần. Bộ phát xung tạo ra xung nhịp cho bộ phát tốc độ baud (khi truyền nhận bất đồng bộ), hoặc điều khiển để nhận xung clock bên ngoài khi truyền nhận đồng bộ. Bộ truyền bao gồm một bộ đệm ghi đơn (single write buffer), thanh ghi dịch nối tiếp (serial Shift Register), bộ phát parity và bit điều khiển sử dụng cho nhiều khung truyền khác nhau. Bộ nhận phức tạp hơn do có phần phục hồi xung và dữ liệu (clock and data recovery). Thành phần phục hồi này sử dụng trong khi nhận dữ liệu bất đồng bộ. Ngoài hai phần phục hồi, bộ nhận còn có phần kiểm tra parity, bit điều khiển, thanh ghi dịch và bộ đệm nhận hai mức thấp (UDR). Bộ nhận hỗ trợ các chuẩn khung truyền giống như bộ phát, và có thể phát hiện lỗi khung truyền, tràn dữ liệu hoặc lỗi parity. Các thanh ghi của USART: USART I/O Data Register –UDR UDR là thanh ghi bộ đệm truyền(TXB) và nhận(RXB) (chúng có cùng 1 địa chỉ vật lý) có chức năng lưu trữ Data. TXB: Thanh ghi bộ đệm truyền. Khi ta muốn send data đến PC thì trước hết data đó phải được nạp vào TXB. Muốn ghi DATA vào TXB thì bit UDRE trong thanh ghi UCSRA phải được set (UDRE=[1]: cho phép ghi vào TXB). Data đó được ghi vào UDR cho đến khi UDRE=[0]. Khi Data đang được vào TXB, và Transmitter được phép thì Transmitter sẽ Load Data đó vào thanh ghi dịch khi thanh ghi dịch bị trống (rỗng). Sau đó Data được truyền nối tiếp trên chân TxD (PD0) của MCU. RXB: Thanh ghi bộ đệm nhận. Khi PC send 1 gói Data đến MCU thì gói Data đó nằm trong RXB do đó cần phải chuyển Data trong RXB vào 1 thanh R (vd: R16). RXB gồm có 2 mức FIFO. FIFO sẽ thay đổi trạng thái của nó bất cứ khi nào RXB được truy xuất. Vì trạng thái này của RXD mà không được dùng những lệnh (SBI, CBI) ở đây. Cẩn thận với các lệnh kiểm tra (SBIC và SBIS), vì chúng cũng sẽ làm thay đổi trạng thái của FIFO. USART Control and Status Register A – UCSRA (Thanh ghi điều khiển và trạng thái A) Bit 7 – RXC: USART Receive Complete Cờ RXC =[1] khi có data chưa được đọc trong RXB và RXC =[0] khi RXB rỗng (không còn bất kì data nào trong RXB chưa đọc). Cờ RXC có thể được dùng để tạo ra ngắt khi nhận xong (kết hợp với bit RXCIE). Bit 6-TXC: USART Transmit Complete Cờ TXC =[1] khi toàn bộ data trong thanh ghi dịch truyền đã dược dịch ra ngoài và không còn data mới nào xuất hiện trong TXB (UDR). TXC tự động được xóa nếu có 1 ngắt khi truyền xong được thực thi hay nó cũng có thể được xóa bằng cách ghi vào vị trí bit của nó. Cờ TXC có thể được dùng để tạo ra ngắt khi truyền xong (kết hợp với bit RXCIE). Bit 5-UDRE: USART Data Register Empty Cờ UDRE chỉ thị nếu TXR (UDR) sẵn sàng để nhận dữ liệu mới. Nếu UDRE=[1] thì bộ đệm trống, vì thế mà bộ đệm sẵn sàng nhận dữ liệu mới. Cờ UDRE có thể tạo ra 1 ngắt khi data trong thanh ghi trống rỗng (kết hợp với bit UDRIE). UDRE = [1] sau khi reset để chỉ thị rằng bộ truyền đã sẵn sàng. Bit 4-FE: Frame Error FE =[1] nếu có lỗi khung truyền khi nhận. Bit3-DOR: Data OverRun DOR=[1] nếu dữ liệu bị tràn. Bit 2-PE: Parity Error PE=[1] nếu có lỗi kiểm tra chẵn, lẻ. Bit 1-U2X: Double the USART Transmission Speed Chú ý : U2X chỉ có tác dụng đối với chế độ truyền bất đồng bộ. U2X=[0] khi sử dụng chế độ truyền đồng bộ. U2X=[1] sẽ làm giảm ước số của bộ chia tốc độ baud từ 16 xuống còn 8 có tác dụng tăng tốc độ truyền đối với hoạt động bất đồng bộ. Bit 0-MPCM: Multi-processor Communication Mode Bit này cho phép chế độ truyền thông đa xử lý. Khi MPCM=[1] thì tất cả các dữ liệu được nhận vào bởi bộ nhận USART mà không có địa chỉ sẽ được bỏ qua. Việc set bit MPCM không ảnh hưởng đến bộ truyền. USART Control and Status Register B – UCSRB Bit 7-RXCIE: RX complete Interrupt Enable RXCIE=[1] cho phép nhận xảy ra ngắt (bằng cờ RXC). USART nhận hoàn tất sẽ tạo ra 1 ngắt khi chỉ khi RXCIE=[1], ngắt toàn cục được phép và RXC =[1] (trong UCSRA). Bit 6-TXCIE: TX complete Interrupt Enable TXCIE=[1] cho phép truyền xảy ra ngắt (bằng cờ TXC). USART truyền hoàn tất sẽ tạo ra 1 ngắt khi chỉ khi TXCIE=[1], ngắt toàn cục được phép và TXC =[1] (trong UCSRA). Bit 5-UDRIE: USART Data Register Empty Interrupt Enable UDRIE=[1] cho phép ngắt khi Data trong thanh ghi trống. Ngắt này chỉ được tạo ra khi UDRIE=[1], ngắt toàn cục được phép và UDRE =[1] (trong UCSRA). Bit 4-RXEN: Receive Enable RXEN=[1]: cho phép nhận. Bit 3-TXEN : Transmit Enable TXEN=[1]: cho phép truyền. Bit 2-UCSZ2: character size UCSZ2 kết hợp với UCSZ1:0 trong thanh ghi UCSRC dùng để thiết lập khung dữ liệu (số Data_Bit có trong 1 khung truyền. VD: 5bit, 6bit, 8bit…) truyền và nhận . Bit 1-RXB: Receive Data bit 8. RXB chứa bit thứ 9 nhận về khi hoạt động ở chế độ khung truyền 9 bit. Nó phải được đọc trước khi đọc những bit thấp từ UDR. Bit 0-TXB: Transmit Data bit 8. TXB chứa bit thứ 9 sẽ được truyền đi khi hoạt động ở chế độ khung truyền 9 bit. Nó phải được ghi trước khi ghi những bit thấp vào UDR. SART Control and Status Register C – UCSRC Bit 7 – URSEL: Register Select Bit nay dùng để lựa chọn thanh ghi UCSRC hay UBRRH. URSEL=[1]: UCSRC URSEL=[0]: UBBRH Bit 6 – UMSEL: USART Mode Select (lựa chọn truyền đồng bộ hay bất đồng bộ) Bit 5:4 – UPM 1:0: Parity Mode (lựa chọn bit chẵn – lẻ) Bit 3 – USBS: stop bit select Bit 2:1-UCSZ 1:0: character size (Format khung truyền) Bit 0 – UCPOL: Clock Polarity Bit này chỉ dùng cho chế độ truyền đồng bộ. UCPOL = [0]: chọn chế độ truyền bất đồng bộ. UCPOL được thiết lập liên quan đến giữa dữ liệu đầu ra thay đổi và mẫu dữ liệu vào và xung đồng bộ (XCK). USART Baud Rate Registers – UBRRL and UBRRH Bit 15 - URSEL: Register Select Bit nay dùng để lựa chọn thanh ghi UCSRC hay UBRRH. URSEL=[1]: UCSRC URSEL=[0]: UBBRH Bit 14:12: Reserved Bits Bit 11:0: UBRR 11:0: USART Baud Rate Register Dùng để chọn tốc độ BAUD Ví dụ: Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ DS18B20 Sơ đồ chân của IC DS18B20 Một số đặc tính cơ bản của cảm biến nhiệt IC DS18B20: Sử dụng giao diện một dây nên chỉ cần một dây ra để truyền thông Dải đo nhiệt độ từ -55oC đến 1250C, từng bậc 0.50C , có thể đạt độ chính xác đến 0.06250C bằng cách hiệu chỉnh qua phần mềm. Rất thích hợp cho các ứng dụng đo lường đa điểm vì nhiều đầu đo có thể đi chung trên cùng một bus. Đóng gói theo dạng 3 chân vỏ TO-92 Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi trong khoảng rộng, từ 0.3V đến 5.5V một chiều và có thể được cấp thong qua đường dẫn dữ liệu. Độ phân giải từ 9 -12 bit do người dùng lựa chọn Độ chính xác 0.50C trong khoảng nhiệt từ -100C đến 850C Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ nhỏ. Thời gian lấy mẫu và biến đổi sang số nhanh, nhỏ hơn 200ms. Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ Rom trên chip, giá trị nhị phân được khắc bằng tia laser. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 còn gọi là cảm biến một dây vì đường dẫn tín hiệu lối ra và đường dẫn điện áp nguồn nuôi có thể dung chung trên một dây dẫn và không chỉ chung cho một cảm biến mà nhiều cảm biến có thể sử dụng trên một đường dẫn. Điều này rất có lợi vì giảm chi phí dây cũng như giảm sự phức tạp cho hệ thống nhiều đầu đo trong công nghiệp. Mỗi vi mạch đo nhiệt độ DS28B20 có một mã số định danh duy nhất, được khắc bằng laser trong quá trình chế tạo nên nhiều vi mạch DS18B20 có thể kết nối vào cùng một bus 1- wire mà không có sự nhầm lẫn khi tiến hành đo. Đặc điểm này làm cho việc lắp đặt nhiều cảm biến nhiệt độ tại nhiều vị trí khác nhau trở nên dễ dàng hơn với chi phí thấp hơn. Theo tiêu chuẩn 1-wire thì độ dài tối đa của một bus là 300m và số lượng cảm biến nối vào bus cũng không hạn chế. Cách kết nối IC DS18B20 với vi điều khiển: Kết nối “1 dây” Kết nối dùng nguồn ngoài Tổng quan về motor – encoder. Encoder là một trong những thiết bị biến đổi vòng quay thành xung. Nó là một thiết bị dùng để đo tốc độ của động cơ hay một thiết bị nào khác Bộ encoder này được cấu tạo đơn giản chỉ gồm hệ thống Opto và đĩa tròn quay được xẻ rãnh. Nguyên lý hoạt động của nó cũng khá là đơn giản ánh sáng chiếu qua đĩa.qua khe đĩa ta thu được 1 xung. Optical encoder Một số đặc tính của motor – encoder: Xung vuông đầu ra. Tín hiệu đầu ra: kênh A, kênh B, kênh Z Dòng điện tổng : nhỏ hơn 120mA Điện áp nguồn nuôi 5V DC, 5 -12V DC, 12-24V DC Tần số đáp ứng 0~100 kHz    Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 900. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ. Giới thiệu về LCD §óng nh­ tªn gäi cña nã, LCD (Liquid Crystals Display ) - Mµn h×nh tinh thÓ láng - , c¬ së vËt lý ®Ó LCD cã thÓ hiÓn thÞ ®­îc th«ng tin , h×nh ¶nh chÝnh lµ do ®Æc tÝnh cña vËt liÖu chÕ t¹o nªn LCD, tøc lµ Liquid Crystals (th¹ch anh láng). _ §Æc tÝnh cña Liquid Crystals :Thø nhÊt: Liquid Crystals lµ vËt liÖu trong suèt võa cã tÝnh chÊt cña chÊ r¾n,l¹i võa cã tÝnh chÊt cña chÊt láng (chÝnh ®iÖu nµy ®· lam nªn sù kh¸c biÖt): + ¸nh s¸ng truyÒn qua Liquid Crystals theo gãc nghiªng cña c¸c ph©n tö , vµ ¸nh s¸ng bÞ ph¶n x¹ trë l¹i. §©y chÝnh lµ tÝnh chÊt cña chÊt r¾n. + Khi Liquid Crystals ®­îc tÝch ®iÖn, nã sÏ bÞ thay ®æi gãc nghiªng cña c¸c phÇn tö, vµ kÕt qu¶ lµ ¸nh s¸ng cã thÓ truyÒn xuyªn qua. §©y chÝnh lµ tÝnh chÊt cña chÊt láng.Thø hai : LCD gåm 2 bÒ mÆt d¹ng r·nh , gi÷a 2 bÒ mÆt nµy lµ 1 líp Th¹ch Anh láng (Liquid Crystal). Tr­íc hÕt nãi vÒ ®Æc tÝnh 2 bÒ mÆt r·nh : trªn mâi bÒ mÆt cã c¸c r·nh . C¸c r·nh trªn 1 mÆt song song víi nhau vµ vu«ng gãc víi c¸c r·nh trªn mÆt cßn l¹i (theo h­íng b¾c-nam/ t©y-®«ng). B©y giê nãi vÒ ®Æc tÝnh cña líp Liquid Cristal (ë gi÷a) : ¸nh s¸ng truyÒn qua líp nµy theo gãc cña c¸c phÇn tö, vµ v× thÕ ¸nh s¸ng bÞ xo¾n 90 ®é khi xuyªn qua líp Liquid Cristal nµy. Nh­ng khi ph©n cùc cho líp Liquid Cristal, c¸c ph©n tö ®­îc s¾p xÕp l¹i theo ph­¬ng ngang, vµ v× thÕ mµ ¸nh s¸ng cã thÓ truyÒn qua líp Liquid Cristal mµ kh«ng bÞ xo¾n. (H×nh 2) Thø ba : VÒ tÝnh chÊt cña líp läc ¸nh s¸ng ®¬n cùc. Chóng ta ®Òu biÕt r»ng ¸nh s¸ng lµ sãng truyÒn theo nhiÒu ph­¬ng kh¸c nhau. Líp läc ®¬n cùc thùc ra chØ lµ tËp hîp c¸c ®­êng th¼ng trong suèt song song – ChÝnh lµ 2 bÒ mÆt r·nh cña LCD ®· nãi ë trªn-. Sau khi ®i qua líp läc ®¬n cùc, ¸nh s¸ng chØ cßn thµnh phÇn sãng cã ph­¬ng trïng víi ph­¬ng c¸c ®­êng th¼ng trªn líp läc cùc. LCD cã 2 líp läc ®¬n cùc cã ph­¬ng läc vu«ng gãc nhau. V× vËy, sau khi ra khái c¶ 2 líp läc ®¬n cùc ¸nh s¸ng bÞ chÆn l¹i hoµn toµn. ¸nh s¸ng chØ cã thÓ truyÒn qua c¶ 2 líp läc ®¬n cùc nÕu sau khi qua líp läc thø nhÊt ¸nh s¸ng ®­îc xo¾n 1 gãc 90 ®é råi míi ®i qua líp läc thø 2. ThËt may, viÖc xo¾n ¸nh s¸ng hoµn toµn cã thÓ thùc hiÖn ®­îc theo tÝnh chÊt líp Liquid Cristal ®· nãi ë trªn. àCã thÓ tæng kÕt ®­êng ®i cña ¸nh s¸ng nh­ sau: §Ó cã 1 ®iÓm tèi trªn LCD: ¸nh s¸ng ph¸t ra tõ bªn trong LCD sÏ ®i qua bÒ mÆt r·nh thø nhÊt (líp läc ®¬n cùc),à sau ®ã ¸nh s¸ng ®i qua líp Liquid Cristal (líp nµy ®­îc ph©n cùc nªn ¸nh s¸ng qua nã mµ kh«ng bÞ xo¾n), à sau ®ã ¸nh s¸ng qua bÒ mÆt r·nh thø 2líp ph©n cùc thø 2 (líp läc ®¬n cùc), ¸nh s¸ng kh«ng lã ra ®­îc khái líp nµy(bÞ chÆn l¹i hoµn toµn) à ta thÊy 1 ®iÓm tèi trªn mµn h×nh LCD. (H×nh 3) §Ó cã 1 ®iÓm s¸ng trªn LCD: qu¸ tr×nh ®i t­¬ng tù nh­ng kh¸c ë chç ¸nh s¸ng qua líp Liquid Cristal kh«ng ®­îc ph©n cùc nªn ¸nh s¸ng bÞ xo¾n 90 ®é, nhê thÕ mµ ®i qua ®­îc bÒ mÆt r·nh thø 2 (líp läc ®¬n cùc) à Ta thÊy 1 ®iÓm s¸ng trªn LCD. (H×nh 3) H×nh 2 H×nh 3 II. XÐt LCD cô thÓ Hitachi HD44780 LCD hiÓn thÞ ®­îc 2 hµng mçi hµng hiÓn thÞ ®­îc 16 ký tù (LCD cã 14 ch©n) nh­ ®­îc minh ho¹ trªn h×nh. Th«ng sè cña LCD : +KÝch th­íc hiÓn thÞ : 16 ký tù x 2 dßng. +Mµu hiÓn thÞ: ®en/tr¾ng +ChÕ ®é giao tiÕp : 8 bÝt vµ 4 bÝt +Cì ch÷ hiÓn thÞ : 5x7 hoÆc 5x10 1. CÊu tróc cña LCD 1a. Giíi thiÖu s¬ ®å ch©n LCD . _ LCD cã tæng sè 14 ch©n chia lµm 3 nhãm: Nhãm 1: (3 ch©n) CÊp nguån VDD, VSS : cÊp 5V, 0V VEE: thay ®æi ®iÖn ¸p ®Ó thay ®æi ®é t­¬ng ph¶nNhãm 2: (8 ch©n) Vµo ra th«ng tin víi V§K : Tõ ch©n D0-D7 Nhãm 3 : (3 ch©n) §iÒu khiÓn viÖc vµo ra th«ng tin : E,RS,R/W E :(bËt /t¾t ) (cho phÐp/ kh«ng cho phÐp trao ®æi th«ng tin víi V§K ) RS :(lo¹i th«ng tin trao ®æi)Th«ng tin trao ®æi lµ lÖnh ®iÒu khiÓn hay µ d÷ liÖu ®Ó hiÓn thÞ R/W : (h­íng truyÒn cña th«ng tin) ®äc tr¹ng th¸i tõ LCD hay th«ng tin do V§K göi vµo LCD ®Ó hiÓn thÞ Cô thÓ tªn gäi vµ m« t¶ chøc n¨ng c¸c ch©n ®­îc tæng kÕt trong b¶ng sau: Interface Pin Connections Ch©n sè Ký hiÖu Tªn M« t¶ chøc n¨ng 1 VSS CÊp nguån 0V (GND) 2 VDD CÊp nguån Nèi víi d­¬ng nguån (+4.5V~+5.5V) 3 VEE Contrast ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ch©n nµy sÏ t¨ng gi¶m ®é t­¬ng ph¶n cña LCD. cho nªn nã th­êng ®­îc nèi víi biÕn trë. 4 RS Chän thanh ghi NÕu RS=0 : LCD nhËn lÖnh tõ V§K NÕu RS=1: LCD nhËn d÷ liÖu tõ V§K ®Ó hiÓn thÞ 5 RW Read/Write Chän chøc n¨ng ghi/ ®äc RS=1 : chän chøc n¨ng ®äc d÷ liÖu tõ LCD vµo V§K RS=0 : chän chøc n¨ng ghi d÷ liÖu tõ V§Kvµo LCD ®Ó hiÓnt thÞ 6 E Read Write enable Cho phÐp/ ko cho phÐp LCD trao ®æi th«ng tin víi V§K.ChØ khi E chuyÓn tõ 1à0 th× tÝn hiÖu ë c¸c ch©n D0-D7 míi ®­îc ®­a vµo LCD. 7 D0 Data bus 0-7 8 ch©n nµy ®­îc nèi víi V§K ®Ó vµo/ra th«ng tin 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 _ Tõ nh÷ng ®Æc ®iÓm vµ chøc n¨ng ®· ®­îc ®Ò cËp ë trªn ta cã thÓ ®i tíi viÖc h×nh thµnh viÖc ghÐp nèi cña LCD víi vi ®iÒu khiÓn nh­ sau: Nh­ trªn h×nh minh ho¹ ta cã thÓ thÊy c¸c ch©n D0-D3 lµ ®­êng tÝn hiÖu 2 chiÒu (®Ó trao ®æi th«ng tin Vi ®iÒu khiÓn vµ LCD). 3 ch©n ®iÒu khiÓn RS, R/W, E lµ ch©n ®­a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ Vi ®iÒu khiÓn tíi LCD nªn nã chØ lµ ®­êng tÝn hiÖu 1 chiÒu th«i. V× ch©n Contrast (VEE) ®iÒu chØnh ®é t­¬ng ph¶n cña LCD nªn ta cÊp nguån cho nã th«ng qua biÕn trë (nh­ h×nh vÏ) 1b. CÊu tróc bé nhí trong LCD. Mµn hiÓn thÞ cña LCD nãi chung cã thÓ lªn tíi h¬n 40 ký tù trªn mét dßng vµ mét mµn cã thÓ cã tíi 4 dßng.Trong ®ã cã mét bé RAM ®Ó chøa m· 80 ký tù gäi lµ bé nhí DDRAM(display data ram),mµn hiÓn thÞ cã thÓ dÞch c¶ mµn ®Ó quan s¸t ®­îc c¸c ký tù kh¸c. Bé ký tù hiÓn thÞ : Bé hiÓn thÞ cã thÓ hiÓn thÞ ®­îc c¸c ký tù ®· ®­îc lËp tr×nh tr­íc hoÆc c¸c ký tù do ng­êi dïng ®Þnh nghÜa.Trong bé ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ cã mét bé nhí ROM dïng ®Ó ph¸t ký tù, trong Rom nµy chøa 192 ký tù,khi cÇn chän nh÷ng ký tù nµy th× nã ®­îc chän th«ng qua tõng m· cña nã, cã tíi 96 m· ký tù ASCII, 64 m· ký tù tiÕng NhËt, 32 ký tù ®Æc biÖt kh¸c. Trong bé ®iÒu khiÓn LCD còng cã mét bé RAM gäi lµ CGRAM(character generator ram) trong bé nhí nµy l­u 8 ký tù do ng­êi dïng ®Þnh nghÜa, c¸c ký tù ®Çu tiªn ph¶i viÕt vµo CGRAM tr­íc råi sau ®ã míi hiÓn thÞ ra mµn hiÓn thÞ ®­îc. Ký tự hiển thị lên LCD PHẦN II. PHẦN THỰC HIỆN VÀ THIẾT KẾ Sau khi đã nghiên cứu, chúng em đã tìm ra được hướng đi cho đề tài của mình: Nhiệm vụ thiết kế: “Thiết kế một hệ thống đo lường cơ bản gồm đo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt Ds18b20 và đo tốc độ động cơ sử dụng motor – encoder.” Đưa ra những phương án giải quyết: Chọn vi điều khiển avr atmega 16 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 để đo nhiệt độ Sử dụng motor – encoder với độ phân giải 200xung/vòng Sử dụng phím bấm để lựa chọn những chức năng cụ thể Truyền và nhận tin với máy tính qua cổng RS232 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG CẢM BIẾN CẢM BIẾN CẢM BIẾN AVR ADC KHỐI HIỂN THỊ LCD MAX232 MÁY TÍNH MẠCH CHUẨN HOÁ (khuyếch đại tín hiệu) BÀN PHÍM Các khối chi tiết Khối đo nhiệt độ Khối đo tốc độ động cơ Khối hiển thị Khối truyền thông nối tiếp Khối bàn phím Khối đo nhiệt độ Theo dạng vỏ TO-92. Sơ đồ ghép nối được thể hiện như hình vẽ Do ds18b20 có thể lấy trực tiếp nguồn cung cấp từ nguồn nên phải cần có thêm một nguồn ngoài để cung cấp cho chân dữ liệu. Chân số 1: nối GND Chân số 2: chân vào /ra của dữ liệu, được nối với điện trở treo có giá trị R=4.7KΩ Chân số 3 : nối với nguồn VCC=+5V. Khối đo tốc độ động cơ Sơ đồ ghép nối được thể hiện như hình vẽ: Ta nối đầu ra của tín hiệu vào chân INT0 của vi điều khiển atmega16 để báo ngắt mỗi khi có xung. Nguyên lý đo tốc độ động cơ trong thiết kế: Khi có xung ở đầu ra, mỗi khi xung chuyển trạng thái từ cao xuống thấp, ngắt ngoài INT0 sẽ bị tác động,mỗi khi bị tác động thì số xung lại được tăng lên, đếm trong 1 khoảng thời gian cho trước ta sẽ có tổng số xung trong thời gian đó. Từ đó sẽ tính được tốc độ của động cơ. Do tín hiệu đầu ra của encoder thường hay bị méo chứ không phải xung vuông, vì vậy ta cần đưa tín hiệu ra của kênh encoder vào một IC 74HC14 để tạo đầu ra là xung vuông. Sơ đồ chân của IC 74HC14 Sơ đồ ghép nối, chức năng của IC 74HC14: Khối hiển thị Khối hiển thị LCD Ta chọn chế độ truyền 4 bit lên cho LCD. Khối truyền thông nối tiếp Max 232 có hai bộ điều khiển đường truyền là nhận và truyền tín hiệu. Các bộ điều khiển đường truyền dùng cho TxD được gọi là T1 và T2. Trong trường hợp này ta sử dụng T1 và R1 được dùng với nhau cho 2 chân TxD và RxD của atmega 16. Max 232 cần có 4 tụ điện có giá trị từ 1 đến 22F. Giá trị thường dùng là 10F. Khối bàn phím Có chức năng lựa chọn khi người sử dụng ấn phím để lựa chọn các chế độ đo, kê