Thực hành mạch điện tử

LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ nền công nghiệp hóa ngày càng phát triển, dẫn đến du cầu của con người ngày càng được cải thiện và nâng cao. Lúc này việc áp dụng nền công nghiệp hóa – hiện đại hóa vào sản xuất là một điều rất cần thiết đáng được quan tâm, đặc biệt là ngành tự động hóa. Phải nói rằng, ngành tự động hóa đã làm cho con người đở vất vã trong quá trình sản xuất nhờ có lập trình sẵn trong máy. Ta thấy tự động hóa công nghiệp trong các xí nghiệp như: các băng truyền, băng tải, thang máy…đều áp dụng tự động hóa xí nghiệp để làm việc, nó đã giúp con người tiếc kiệm được sức lao động và có thể thay thế nhiều công nhân dẫn đến thuận lợi hơn cho người sử dụng. Các công nghệ đều được điều khiển tự động hóa bằng nhiều phần mềm khác nhau với mục đích chung là giúp con người thuận tiện trong lao động và sản xuất. Trong đợt thực tập này, sinh viên chúng tôi đã được tiếp xúc phẩn nào với công nghệ tiên tiến và các linh kiện điện tử như: tụ điện, IC, điôt, điện trở… và các linh kiện có tính năng cao hơn như: IC89C51 điều khiển bằng chương trình vi xử lý được lập trình sẵn và được nạp vào nó, và các linh kiện cần thiết cho việc lắp ráp mạch. Từ đó thấy được rằng ngoài việc học lý thuyết trên lớp thì việc thực tập cũng đống vai trò quan trong, giúp sinh viên có thể nhận biết môt cách trực quan và thực tếhơn rất nhiều. Thời gian thực tập tuy ngắn, nhưng thực sự đã đưa lại nhưng kinh nghiệm đáng kể để làm hành trang cho công việc sau nay. PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.Điện trở - Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó. - Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như: làm bằng than, oxit kim loại, dây quấn… - ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý: - Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử: - Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua các vòng màu, mỗi màu đại diện cho một số. Màu đen số 0; màu nâu số 1, màu đỏ số 2, màu cam số 3, màu vàng số 4, màu lục số 5, màu lam số 6, màu tím số 7, màu xam số 8, màu trắng số 9, màu nhũ vàng là sai số 5%, màu nhũ bạc là sai số 10%. Cách đọc: Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3) 2.Tụ điện - Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động .vv… - Cấu tạo của tụ điện . Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá. Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hoá - Hình dáng thực tế của tụ điện: Hình dạng của tụ gốm. Hình dạng của tụ hoá - Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1 Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF). 1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F 1 µ Fara = 1.000 n Fara 1 n Fara = 1.000 p Fara Ví dụ: tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa làGiá trị = 47 x 10 4 = 470000 p ( Lấy đơn vị là picô Fara)= 470 n Fara = 0,47 µF. Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ ching la điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt quá dgiá trị này thì tụ cò thể bị hư hỏng hoặc cháy nổ. 3.LED LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n. - Nguyên lý hoạt động của led: Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn.Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). Hình dạng của LED. 4.IC 89C51 - IC vi điều khiển họ AT89C51/AT89C2051 là các IC vi điều khiển của hãng ATMEL, các chương trình (tạo từ một nhóm chân) trên các IC này vận hanh theo các câu lệnh do chúng ta soạn ra và đã cách vào bộ nhớ của nó. Các câu lệnh đó là chương trình điều khiển, nó thông qua các cổng là các nhóm chân của IC và ta có thể dùng nó để điều khiển các thiết bị khác. Đơn giản hơn là dùng câu lệnh cho mức volte cho các chân lúc lên cao, lúc xuống thấp để tắt mở các led. Ví dụ như trên các bảng đèn quảng cáo. Với IC AT89C51 có 40 chân, được chia làm 4 cổng, các cổng là P0, P1, P2, và P3. - Công dụng của các chân trong IC: + Chân 20 cho nối masse, chân 40 cho nối vào đường nguồn 5V (nguồn 5V phải có độ ổn định tốt).+ Chân 18 và chân 19 nối vào thạch anh định tần cho xung nhịp (Xung nhịp được như trái tim của IC vi điều khiển).+ Chân 9 nhận tác động Reset, nó đặt IC về trạng thái khởi đầu.+ Chân 31 (khi đặt ở mức áp cao) dùng để xác nhận là cho sử dụng bộ nhớ trong.+ Chân 29, 30 có thể bỏ trống nếu ta không thêm các bộ nhớ ngoài.+ Nhóm 8 chân: 32, 34 ,35 , 36 ,37, 38, 39 tạo thành cổng xuất nhập dữ liệu, đặt tên là cổng P0 (Port 0). + Nhóm 8 chân: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 tạo thành cổng xuất nhập dữ liệu, đặt tên là cổng P1 (Port 1).+ Nhóm 8 chân: 21, 22 ,23, 24, 25, 26, 27, 28 tạo thành cổng xuất nhập dữ liệu, đặt tên là cổng P2 (Port 2).+ Nhóm 8PPPoorP: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 tạo thành cổng xuất nhập dữ liệu, đặt tên là cổng P3 (Port 3).- Sơ đồ khối: - Trong IC có: + Khối dao động (OSC) dùng để tạo ra xung nhịp, xung nhịp cần dùng để vận hành các hoạt động của IC vi điều khiển. Tần số xung nhịp lấy theo thạch anh (gắn trên chân 18-19). Ở đây, chúng ta thường dùng thạch anh 12MHz.+ Khối điều khiển trung ương (CPU), nó chạy các câu lệnh có trong bộ nhớ EEPROM và điều khiển tất cả các hoạt động của IC.+ Trong IC có các đường truyền tải dữ liệu và địa chỉ dạng BIT, nó được điều khiển với các khối BUS CONTROL.+ Trong IC có 2 mạch điện đồng hồ TIMER0 và TIMER1. Ở đây cũng có thể cho nhận xung đếm vào từ chân T0, T1+ Ta có thể dùng các ngắt ngoài (INTERRUPT) để dừng các chương trình và cho chạy các chương trình ngắt.+ IC có 2 bộ nhớ cơ hữu, đó là bộ nhớ EEPROM (dung lượng 4Kbyte) và bộ nhớ SRAM (dung lượng 128byte).* Bộ nhớ EEPROM dùng nhớ các câu lệnh do Bạn đã soạn và nạp vào IC (có thể xóa và nạp lại nhiều lần).* Bộ nhớ SRAM dùng làm bộ nhớ trung gian, nó còn có các thanh nhớ chuyên dùng dùng cho phần cứng của IC. - Mạch điện thực hành: PHẦN 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC MẠCH CON 1.Mạch tạo xung thạch anh: - Sơ đồ mạch: - Nguyên lý và vai trò trong mạch: Xung giữ nhịp từ mạch thạch anh bên ngoài (Crystal): dùng xung nội có nhược điểm là tần số xung đã được giữ cố định trong 4 mức và tần số cao nhất có thể đạt là 8MHz trong khi AVR cho phép làm việc ở 16MHz, mặt khác sai số cũng tương đối lớn khi dùng xung nội. dùng thạch anh để tao xung giữ nhịp là một giãi pháp tốt, có thể tạo một mạch thạch anh đoen giản và nối với 2 chân AXTL1 và XTAL2 của AVR. Để “báo” cho AVR biết là chúng ta muốn sử dụng thạch anh ngoài làm mạch tao xung, hãy xét các Fuse bits CKSEL 3:0 thành 1 trong 2 giá trị:1111 hoặc 1010 (nhị phân). Trong trường hợp này, Fuse bits CKOPT có tác dụng chọn giữa 2chế độ khuyếch đại, chế độ CKOPT = 0 (programmed) thích hợp với thạch anh có tần số lớn nhất là 16MHz và CKOPT = 1 (unprogrammed). 2. Mạch nguồn chung của mạch: - Sơ đồ mạch: + Dùng 4 diode (1N4007x4) làm cầu nắn dòng, đổi dòng xoay chiều ra dòng điện 1 chiều. + dùng tụ hóa lớn C1 (1000uF) để ổn định nguồn 1 chiều ( khoảng 15V, lúc không tải). + dùng IC ổn áp 3 chân 78xx (7805) để có nguồn 5V có độ ổn định cao, cấp cho IC AT89C51. + Dùng tụ hóa C2 (10uF) để nhập tắt hiện tượng dao động tự kích có thể phát sinh trong IC 7805. Ở đây, nguồn 15V, nó tạo ra nguồn 5V ổn định dùng để cấp điện cho IC AT 89C51. - Mạch nạp chương trình cho IC AT89C51: - Chương trình nạp cho IC AT89C51: org 00htudau: MOV p1,#00hMOV R1,#8MOV 30h,#00hnext1:MOV 02h,01hMOV R3,#00hSETB Cnext:call delayMOV A,R3RLC AMOV R3,AORL A,30hMOV p1,ADJNZ R2,NEXTMOV 30h,p1DJNZ R1,next1call delay2JMP tudaudelay2: MOV p1,#ffhMOV R4,#8MOV 40h,#ffhkt2:MOV 05h,04hMOV R6,#ffhCLR Ckt1:call delayMOV A,R6RLC AMOV R6,AANL A,40hMOV p1,ADJNZ R5,kt1MOV 40h,p1DJNZ R4,kt2RETdelay:MOV R7,#20MOV tmod,#00000010bMOV th0,#0MOV tl0,#0SETB tr0kt7: MOV 20h,#100kt8: JNB tf0,kt8CLR tf0DJNZ 20h,kt8DJNZ R7,kt7RET END PHẦN 3: MẠCH NHÁY LED 1.Sơ đồ mạch: 2.Nguyên lý hoạt động của mạch: Khi ta cấp nguồn cho mạch thì IC lấy chương trình đã được nạp sẵn và xuất ra cổng P0 (nhóm 8 chân: 32, 34 ,33 ,35 ,36 , 37, 38, 39) và làm led hoạt động. KẾT LUẬN Nhận xét và hướng phát triển của đề tài - Đây cũng không phải là một đề tài mới nhưng thông qua việc tìm hiểu và thực hành về đề tài này mà chúng em có cơ hội vận dụng những kiến thức đã họcvào thực tế, từ đó rút ra được nhiều kinh nghiệm trong thực tế. Qua đề tài này chung em đã có thêm một phần kiến thức bổ ích của chuyên ngành mình đang học.Từ lý thuyết và thực hành đã kết hợp với nhau để hoàn thành tốt một đề tài hoàn hảo. Tuy nhiên, chúng em cũng gặp không ít khó khăn như: về tài liệu, dụng cụ thực hành, kinh nghiệm thực hành, kinh tế… - Đề tài vi xữ lý này ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như trong công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác… Được ứng dụng trong các thiết bị công nghiệp như: điều khiển PLC, đèn quảng cáo, máy tính, và các thiết bị điện tử chuyên dụng khác. Trong môi trường làm việc nguy hiểm thì việc đóng ngắt các thiết bị từ xa với việc dùng robot điều khiển bằng vi xữ lý là rất an toàn cho con người.