›
›

Khóa luận Thiết kế hệ thống đo độ ẩm - Trần Hoàng Sơn

pdf 65 trang huongle 190
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế hệ thống đo độ ẩm - Trần Hoàng Sơn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_thiet_ke_he_thong_do_do_am_tran_hoang_son.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế hệ thống đo độ ẩm - Trần Hoàng Sơn

  1. BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO ĐỘ ẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ HẢI PHÒNG-2015 1
  2. BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO ĐỘ ẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ Sinh viên: Trần Hoàng Sơn Ngƣời hƣớng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Dƣơng 2 HẢI PHÒNG-2015
  3. CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC o0o BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Trần Hoàng Sơn – mã SV: 1112103002 Lớp : ĐT 1501- Ngành Điện Tử Tên đề tài: Thiết kế hệ thống đo độ ẩm 3
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp: 4
  5. CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ 1. Họ và tên : Nguyễn Văn Dƣơng Học hàm, học vị : Thạc sĩ Cơ quan công tác : Trƣờng Đại học dân lập Hải Phòng Nội dung hƣớng dẫn : Toàn bộ đồ án Ngƣời hƣớng dẫn thứ 2. Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2015. Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng năm 2015. Đã nhận nhiệm vụ ĐT.T.N. Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán bộ hƣớng dẫn ĐT.T.N Trần Hoàng Sơn Th.S Nguyễn Văn Dƣơng Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ 5
  6. PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. 2. Đánh giá chất lƣợng của Đ.T.T.N( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lƣợng các bản vẽ ) 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày tháng năm 2015 Cán bộ hƣớng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) 6
  7. NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính toán chất lƣợng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện ( Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày tháng .năm 2015 Ngƣời chấm phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) 7
  8. LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Trong đó, sự phát triển của kỹ thuật tự động hóa đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật nhƣ độ chính xác, bảo mật cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết cho sự tiện lợi trong cuộc sống. Trong lĩnh vực tự động hóa hiện nay kĩ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc, hầu hết các dây truyền tự động lớn và các sản phẩm dân dụng ta đều thấy sự xuất hiện của vi điều khiển. Càng ngày, các họ của vi điều khiển mới càng đƣợc các nhà sản xuất tích hợp thêm nhiều tính năng với các bộ ngoại vi đƣợc tích hợp ngay trên chip, cùng với khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp. Chính vì vậy sẽ có nhiều thuận lợi hơn trong việc thiết kế các ứng dụng, đề tài “Thiết kế hệ thống đo độ ẩm” của em là một trong những ứng dụng đó. Đề tài gồm 3 phần: Chương 1. Tổng quan về các phần tử Chương 2. Thiết kế hệ thống đo độ ẩm Chương 3. Phần mềm điều khiển Trong quá trình làm đề tài, do sự hạn chế về thời gian, tài liệu và trình độ có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Hải phòng, tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện Trần Hoàng Sơn 8
  9. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN TỬ 1.1. Tổng quan về PIC 16F887A Thông thƣờng có 4 họ vi điều khiển 8 bit chính là 6811 của Motorola, 8051 của Intel, z8 của Xilog và Pic 16 của Microchip Technology. Mỗi một loại trên đây đều có một tập lệnh và thanh ghi riêng duy nhất, nên chúng thƣờng không tƣơng thích lẫn nhau. Ngoài ra cũng có những bộ vi điều khiển 16 bit và 32 bit đƣợc sản xuất bởi các hãng khác nhau. Với tất cả những bộ vi điều khiển khác nhau thì tiêu chuẩn để lựa chọn là: * Đáp ứng đƣợc nhu cầu tính toán của bài toán một cách hiệu quả, đầy đủ chức năng cần thiết và thấp nhất về mặt giá thành. Trong khi phân tích các nhu cầu của một dự án dựa trên bộ vi điều khiển chúng ta phải biết bộ vi điều khiển nào là 8 bit, 16 bit hay 32 bit có thể đáp ứng tốt nhất nhu cầu của bài toán một cách hiệu quả. Những tiêu chuẩn đó là: - Tốc độ: tốc độ lớn nhất mà vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu. - Kiểu đóng vỏ: Đóng vỏ kiểu DIP 40 chân hay QFP. Đây là yêu cầu quan trọng xét về không gian, kiểu lắp ráp và tạo mẫu thử cho sản phẩm cuối cùng. - Công suất tiêu thụ: Điều này đặc biệt khắt khe đối với các sản phẩm dùng pin, ắc quy. - Dung lƣợng bộ nhớ Rom và Ram trên chíp. - Số chân vào ra và bộ định thời trên chíp. - Khả năng dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao hoặc giảm công suất tiêu thụ. - Giá thành cho một đơn vị: Điều này quan trọng quyết định giá thành sản phẩm mà một bộ vi điều khiển đƣợc sử dụng. *) Có sẵn các công cụ phát triển phần mềm nhƣ các trình biên dịch, trình hợp ngữ và gỡ rối. 9
  10. *) Nguồn các bộ vi điều khiển sẵn có nhiều và tin cậy. Khả năng sẵn sàng đáp ứng về số lƣợng trong hiện tại tƣơng lai. Hiện nay các bộ vi điều khiển 8 bit họ 8051 là có số lƣợng lớn nhất các nhà cung cấp đa dạng nhƣ Intel, Atmel, Philip Nhƣng về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vƣợt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module đƣợc tích hợp sẵn nhƣ ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER, một đặc điểm nữa là tất cả các vi điều khiển PIC sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng). Ngoài ra PIC còn đƣợc rất nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ra các ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly ra còn có thể sử dụng ngôn ngữ C thì sử dụng CCSC, HTPIC hay sử dụng Basic thì có MirkoBasic và còn nhiều chƣơng trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asmbler. Nên trong đề tài này em lựa chọn sử dụng vi điều khiển PIC làm bộ điều khiển chính, và ở đây là PIC16F887A. 1.1.1. Sơ đồ khối và bảng mô tả chức năng các chân của PIC16F887A Hình 1.1. PIC 16F887A 10
  11. Hình 1.2. Sơ đồ khối của PIC16F887A Bảng mô tả chức năng các chân của PIC16F887A DIP PLCC QFT I/O/P Pin Name Buffer Type Description Pin# Pin# Pin# Type ST/CMOS(4) Đầu vào của xung dao động OSC1/CLKIN 13 14 30 1 thạch anh/ngõ vào xung clock ngoại 11
  12. Đầu ra của xung dao động thạch anh. Nối với thạch anh hay cộng hƣởng trong chế độ OSC2/CLKOUT 1 2 18 O - dao động của thạch anh.Trong chế độ RC, ngõ ra của chân OSC2. Ngõ vào của Master Clear(Reset) hoặc ngõ vào điện MCLR /Vpp 1 2 18 I/P ST thế đƣợc lập trình. Chân này cho phép tín hiệu Reset thiết bị tác động ở mức thấp. PORTA là port vào ra hai RA0/AN0 2 3 19 I/O TTL chiều. RA0 có thể làm ngõ vào tuơng tự thứ 0. RA1 có thể làm ngõ vào RA1/AN1 3 4 20 I/O TTL tuơng tự thứ 1 RA2 có thể làm ngõ vào RA2/AN2/VREF – 4 5 21 I/O TTL tuơng tự 2 hoặc điện áp chuẩn tƣơng tự âm. RA3 có thể làm ngõ vào RA3/AN3/VREF + 5 6 22 I/O TTL tuơng tự 3 hoặc điện áp chuẩn tƣơng tự dƣơng. RA4 có thể làm ngõ vào RA4/T0CKI 6 7 23 I/O ST xung clock cho bộ định thời Timer0. RA5 có thể làm ngõ vào 7 8 24 I/O TTL RA5/ SS /AN4 tƣơng tự thứ 4 RB0/INT 33 36 8 I/O TTL/ST(1) PORTB là port hai chiều. RB1 34 37 9 I/O TTL RB0 có thể làm chân ngắt RB2 35 38 10 I/O TTL ngoài RB3 có thể làm ngõ vào RB3/PGM 36 39 11 I/O TTL của điện thế đƣợc lập trình ở mức thấp. 12
  13. RB4 37 41 14 I/O TTL Interrupt-on-change pin.Interrupt-on-change hoặc RB5 38 42 15 I/O TTL In-Crcuit Debugger pin.Serial programming clock.Interrupt- RB6/PGC 39 43 16 I/O TTL/ST(2) on-change pin hoặcIn-Crcuit Debuggerpin.Serial RB7/PGD programming data . 40 44 17 I/O TTL/ST(3) PORTC là port vào ra hai chiều.RC0 có thể là ngõ vào RC0/T1OSO/T1CKI 15 16 32 I/O ST của bộ dao động Timer1 hoặc ngõ xung clock cho Timer1 RC1 có thể là ngõ vào của bộ dao động Timer1 hoặc ngõ vào RC1/T1OSI/CCP2 16 18 35 I/O ST Capture2/ngõ ra compare2/ngõ vào PWM2. RC2 có thể ngõ vào RC2/CCP1 17 19 36 I/O ST capture1/ngõ ra compare1/ngõ vào PWM1 RC3/SCK/SCL 18 20 37 I/O ST RC3 có thể là ngõ vào xung Clock đồng bộ nội tiếp/ngõ ra trong cả hai chế độ SPI và I2C RC4/SDI/SDA 23 25 42 I/O ST RC4 có thể là dữ liệu bên trong SPI(chế độ SPI) hoặc dữ liệu I/O(chế độ I 2 C). RC5 có thể là dữ liệu ngoài RC5/SDO 24 26 43 I/O ST SPI(chế độ SPI) RC6 có thể là chân truyền RC6/TX/CK 25 27 44 I/O ST không đồng bộ USART hoặc đồng bộ với xung đồng hồ RC7 có thể là chân nhận không RC7/RX/DT 26 29 1 I/O ST đồng bộ USART hoặc đồng bộ với dữ liệu. RD0/PSP0 19 21 38 I/O ST/TTL(3) RD1/PSP1 20 22 39 I/O ST/TTL(3) RD2/PSP2 21 23 40 I/O ST/TTL(3) PORTD là port vào ra hai RD3/PSP3 22 24 41 I/O ST/TTL(3) chiều hoặc là parallel slave port RD4/PSP4 27 30 2 I/O ST/TTL(3) khi giao tiếp với bus của bộ vi RD5/PSP5 28 31 3 I/O ST/TTL(3) xử lý. RD6/PSP6 29 32 4 I/O ST/TTL(3) RD7/PSP7 30 33 5 I/O ST/TTL(3) 13
  14. PORTE là port vào ra hai chiều.RE0 có thể điều khiển RE0/ RD /AN5 8 9 25 I/O ST/TTL(3) việc đọc parrallel slave port hoặc là ngoc vào tƣơng tự thứ 5. RE1 có thể điều khiển việc ghi RE1/WR /AN6 9 10 26 I/O ST/TTL(3) parallel slave port hoặc là ngõ vào tƣơng tự thứ 6. RE2 có thể điều khiển việc RE2/CS /AN7 10 11 27 I/O ST/TTL(3) chọn parallel slave port hoặc là ngõ vào tƣơng tự thứ 7 Vss 12,31 13, 34 7, 28 P Cung cấp nguồn dƣơng cho các VDD 11,32 12, 35 6, 29 P mức logicvà những chân I/O. Những chân này không đƣợc 1,17,28, 12,13 NC nối bên trong và nó đƣợc để 40 33, 4 trống Ghi chú: I = input; O = output; I/O = input/output; P = power - = Not used; TTL = TTL input; ST = Schmitt Trigger input 1. Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi đƣợc cấu hình nhƣ ngắt ngoài. 2. Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi đƣợc sử dụng trong chế độ 9 Serial Programming. 3. Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi đƣợc cấu hình nhƣ ngõ vào ra mục đích chung và là ngõ vào TTL khi sử dụng trong chế độ Parallel Slave Port (cho việc giao tiếp với các bus của bộ vi xử lý). 4. Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schmitt khi đƣợc cấu hình trong chế độ dao động RC và một ngõ vào CMOS khác. 1.1.2. Tổ chức bộ nhớ Có 2 khối bộ nhớ trong các vi điều khiển họ PIC16F88X, bộ nhớ chƣơng trình và bộ nhớ dữ liệu, với những bus riêng biệt để có thể truy cập đồng thời. 14
  15. Hình 1.3. Ngăn xếp và bản đồ bộ nhớ chương trình PIC16F887A 1.1.2.1. Tổ chức của bộ nhớ chương trình Các vi điều khiển họ PIC16F887A có bộ đếm chƣơng trình 13 bit có khả năng định vị không gian bộ nhớ chƣơng trình lên đến 8Kb.Các IC PIC16F887A có 8Kb bộ nhớ chƣơng trình FLASH, các IC PIC16F873/874 chỉ có 4 Kb.Vectơ RESET đặt tại địa chỉ 0000h và vectơ ngắt tại địa chỉ 0004h. 1.1.2.2. Tổ chức bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu đƣợc chia thành nhiều dãy và chứa các thanh ghi mục đích chung và các thanh ghi chức năng đặc biệt. BIT RP1 (STATUS ) và RP0 (STATUS ) là những bit dùng để chọn các dãy thanh ghi. RP1:RP0 Bank 00 0 01 1 10 2 11 3 15
  16. Chiều dài của mỗi dãy là 7Fh (128 byte). Phần thấp của mỗi dãy dùng để chứa các thanh ghi chức năng đặc biệt.Trên các thanh ghi chức năng đặc biệt là các thanh ghi mục đích chung, có chức năng nhƣ RAM tĩnh. Thƣờng thì những thanh ghi đặc biệt đƣợc sử dụng từ một dãy và có thể đƣợc ánh xạ vào những dãy khác để giảm bớt đoạn mã và khả năng truy cập nhanh hơn. 1.1.2.3. Các thanh ghi mục đích chung Các thanh ghi này có thể truy cập trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua thanh ghi FSG (File Select Register). Hình 1.4. Các thanh ghi của PIC16F887A 1.1.2.4. Các thanh ghi chức năng đặc biệt Các thanh ghi chức năng đặc biệt (Special Function Resgister) đƣợc sử dụng bởi CPU và các bộ nhớ ngoại vi để điều khiển các hoạt động đƣợc yêu cầu của thiết bị. Những thanh ghi này có chức năng nhƣ RAM tĩnh. Danh sách những 16
  17. thanh ghi nay đƣợc trình bày ở bảng dƣới. Các thanh ghi chức năng đặc biệt có thể chia thành hai loại: phần trung tâm (CPU) và phần ngoại vi. 1.1.2.5. Các thanh ghi trạng thái Hình 1.5. Thanh ghi trạng thái (địa chỉ 03h, 83h, 103h, 183h) Thanh ghi trạng thái chứa các trạng thái số học của bộ ALU, trạng thái RESET và những bits chọn dãy thanh ghi cho bộ nhớ dữ liệu. Thanh ghi trạng thái có thể là đích cho bất kì lệnh nào, giống nhƣ những thanh ghi khác. Nếu thanh ghi trang thái là đích cho một lệnh mà ảnh hƣởng đến các cờ Z, DC hoặc C, và sau đó những bit này sẽ đƣợc vô hiệu hoá. Những bit này có thể đặt hoặc xoá tuỳ theo trạng thái logic của thiết bị. Hơn nữa hai bit TO và PD thì không cho phép ghi, vì vậy kết quả của một tập lệnh mà thanh ghi trạng thái là đích có thể khác hơn dự định. Ví dụ, CLRF STATUS sẽ soá 3 bit cao nhất và đặt bit Z. Lúc này các bits của thanh ghi trạng thái là 000u u1uu (u = unchanged). Chỉ có các lệnh BCF, BSF, SWAPF và MOVWF đƣợc sử dụng để thay đổi thanh ghi trạng thái, bởi vì những lệnh này không làm ảnh hƣởng đến các bit Z, DC hoặc C từ thanh ghi trạng thái. Đối với những lệnh khác thì không ảnh hƣởng đến những bits trạng thái này. 17
  18. 1.1.3. Các cổng của PIC 16F887A 1.1.3.1. PORTA và thanh ghi TRISA Hình 1.6. Sơ đồ khối của chân RA3:RA0 và RA5 18
  19. Hình 1.7. Sơ đồ khối của chân RA4/T0CKI 1.1.3.2. PORTB và thanh ghi TRISB PORTB có độ rộng 8 bit, là port vào ra hai chiều. Ba chân của PORTB đƣợc đa hợp với chức năng lâp trình mức điện thế thấp (Low Voltage Programming ): RB3/PGM, RB6/PGC và RB7/PGD. Mỗi chân của PORTB có một điện trở kéo bên trong. Một bit điều khiển có thể mở tất cả những điện trở kéo này lên. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách xoá bit RBPU (OPTION_REG ). Những điện trở này bị cấm khi có một Power-on Reset. Bốn chân của PORTB: RB7 đến RB4 có một ngắt để thay đổi đặc tính .Chỉ những chân đƣợc cấu hình nhƣ ngõ vào mới có thể gây ra ngắt này. Những chân vào (RB7:RB4) đƣợc so sánh với giá trị đƣợc chốt trƣớc đó trong lấn đọc cuối cùng của PORTB. Các kết quả không phù hợp ở ngõ ra trên chân RB7:RB4 đƣợc OR với nhau để phát ra một ngắt Port thay đổi RB với cờ ngắt là RBIF (INTCON ). Ngắt này có thể đánh thức thiết bị từ trạng thái nghỉ (SLEEP). Trong thủ tục phục vụ ngắt ngƣời sử dụng có thể xoá ngắt theo cách sau: a) Đọc hoặc ghi bất kì lên PORTB. Điều này sẽ kết thúc điều kiện không hoà hợp. b) Xoá bit cờ RBIF. 19
  20. Hình 1.8. Sơ đồ khối các chân RB3:RB0 Hình 1.9. Sơ đồ khối các chân RB7:RB4 20
  21. 1.1.3.3. PORTC và thanh ghi TRISC PORTC có độ rộng là 8 bit, là port hai chiều. Thanh ghi dữ liệu trực tiếp tƣơng ứng là TRISC. Cho tất cả các bit của TRISC là 1 thì các chân tƣơng ứng ở PORTC là ngõ vào. Cho tất cả các bit của TRISC là 0 thì các chân tƣơng ứng ở PORTC là ngõ ra. PORTC đƣợc đa hợp với vài chức năng ngoại vi, những chân của PORTC có đệm Trigger Schmitt ở ngõ vào. Khi bộ I2C đƣợc cho phép, chân 3 và 4 của PORTC có thể cấu hình với mức I2C bình thƣờng, hoặc với mức SMBus bằng cách sử dụng bit CKE (SSPSTAT ). Khi những chức năng ngoại vi đƣợc cho phép, chúng ta cần phải quan tâm đến việc định nghĩa các bits của TRIS cho mỗi chân của PORTC. Một vài thiết bị ngoại vi ghi đè lên bit TRIS thì tạo nên một chân ở ngõ ra, trong khi những thiết bị ngoại vi khác ghi đè lên bit TRIS thì sẽ tạo nên một chân ở ngõ vào. Khi những bit TRIS ghi đè bị tác động trong khi thiết bị ngoại vi đƣợc cho phép, những lệnh đọc thay thế ghi (BSF, BCF, XORWF) với TRISC là nơi đến cần phải đƣợc tránh. Ngƣời sử dụng cần phải chỉ ra vùng ngoại vi tƣơng ứng để đảm bảo cho việc đặt TRIS bit là đúng. Hình 1.10. Sơ đồ khối của các chân RC 21
  22. Hình 1.11. Sơ đồ khối của các chân RC và RC 1.1.3.4. PORTD và thanh ghi TRISD PORTD là port 8 bit với đệm Trigger Schmitt ở ngõ vào. Mỗi chân có thể đƣợc cấu hình riêng lẻ nhƣ một ngõ vào hoặc ngõ ra. PORTD có thể đƣợc cấu hình nhƣ port của bộ vi xử lý rộng 8 bit (parallel slave port) bằng cách đặt bit điều khiển PSPMIDE (TRISE ). Trong chế độ này, đệm ở ngõ vào là TTL. 22
  23. Hình 1.12. Sơ đồ khối của PORTD (trong chế độ là port I/O) 1.1.3.5. PORTE và thanh ghi TRISE PORTE có ba chân (RE0/RD/AN5, RE1/WR/AN6, và RE2/CS/AN7) mỗi chân đƣợc cấu hình riêng lẻ nhƣ những ngõ vào hoặc những ngõ ra. Những chân này có đệm Trigger Schmitt ở ngõ vào. Những chân của PORTE đóng vai trò nhƣ những ngõ vào điều khiển vào ra cho Port của vi xử lý khi bit PSPMODE (TRISE ) đƣợc đặt. Trong chế độ này, ngƣời sử dụng cần phải chắc chắn rằng những bit TRISE đƣợc đặt, và chắc rằng những chân này đƣợc cấu hình nhƣ những ngõ vào số. Cũng bảo đảm rằng ADCON1 đƣợc cấu hình cho vào ra số. Trong chế độ này, những đệm ở ngõ vào là TTL. Những chân của PORTE đƣợc đa hợp với những ngõ vào tƣơng tƣ, Khi đƣợc chọn cho ngõ vào tƣơng tự, những chân này sẽ đọc giá trị "0". TRISE điều khiển hƣớng của những chân RE chỉ khi những chân này đƣợc sử dụng nhƣ những ngõ vào tƣơng tự. Ngƣời sử dụng cần phải giữ những chân đƣợc cấu hình nhƣ những ngõ vào khi sử dụng chúng nhƣ những ngõ vào tƣơng tự. 23
  24. Hình 1.13. Sơ đồ khối của PORTE (trong chế độ I/O port) 1.1.4. Hoạt động cuả định thời 1.1.4.1. Bộ định thời TIMER0 Bộ định thời/bộ đếm Timer0 có các đặc tính sau: Bộ định thời / bộ đếm 8 bit Cho phép đọc và ghi Bộ chia 8 bit lập trình đƣợc bằng phần mềm Chọn xung clock nội hoặc ngoại Ngắt khi có sự tràn từ FFh đến 00h Chọn sƣờn cho xung clock ngoài Sơ đồ khối của bộ định thời Timer0 và bộ chia dùng chung với WDT đƣợc đƣa ra trong hình 1.14. 24
  25. Hình 1.14. Sơ đồ khối của bộ định thời Timer0 và bộ chia dùng chung với WDT Chế độ định thời (Timer) đƣợc chọn bằng cách xoá bit T0CS (OPTION_REG ). Trong chế độ định thời, bộ định thời Timer0 sẽ tăng dần sau mồi chu kì lệnh (không có bộ chia). Nếu thanh ghi TmR0 đƣợc ghi thì sự tăng sẽ bị ngăn lại sau hai chu kì lệnh. Chế độ đếm (Counter) đƣợc chọn bằng cách xoá bit T0CS (OPTION_REG ). Trong chế độ đếm, Timer0 sẽ tăng dần ở mỗi cạnh lên xuống của chân RA4/T0CKI. Sự tăng sƣờn đƣợc xác định bởi bit Timer0 Source Edge Select, T0SE (OPTION_RE ). Bộ chia chỉ đƣợc dùng chung qua lại giữa bộ định thời Timer0 và bộ định thời Watchdog. Bộ chia không cho phép đọc hoặc ghi Ngắt Timer0 Ngắt TMR0 đƣợc phát ra khi thanh ghi TMR0 tràn từ FFh đến 00h. Sự tràn này sẽ đặt bit T0IF (INTCON ). Ngắt này có thể đƣợc giấu đi bằng cách xóa bit T0IE (INTCON ) . Bit T0IF cần phải đƣợc xóa trong chƣơng trình bởi thủ tục phục vụ ngắt của bộ định thời Timer0 trƣớc khi ngắt này đƣợc cho phép lại. Sử dụng Timer0 với xung clock ngoại 25
  26. Khi bộ chia không đƣợc sử dụng, clock ngoài đặt vào thì giống nhƣ bộ chia ở ngõ ra. Sự đồng bộ của chân T0CKI với clock ngoài đƣợc thực hiện bằng cách lấy mẫu bộ chia ở ngõ ra trên chân Q2 và Q4. Vì vậy thực sự cần thiết để chân T0CKI ở mức cao trong ít nhất 2 chu kỳ máy và ở mức thấp trong ít nhất 2 chu kỳ máy. Bộ chia Thiết bị PIC16F87X chỉ có một bộ chia mà đƣợc dùng chung bởi bộ định thời TIMER0 và bộ định thời Watchdog. Bộ chia có các Hệ số chia dùng cho Timer0 hoặc bộ WDT. Các hệ số này không có khả năng đọc và khả năng viết. Để chọn hệ số chia xung vào Timer0 hoặc cho bộ WDT ta tiến hành xoá hoặc đặt bit PSA của thanh ghi OPTION_REG . Những bit PS2, PS1, PS0 của thanh ghi OPTION_REG dùng để xác lập các hệ số chia. 1.1.4.2. Bộ định thời TIMER1 Bộ định thời TIMER1 là một bộ định thời/bộ đếm 16 bit gồm hai thanh ghi TMR1H (Byte cao) và TMR1L (byte thấp) mà có thể đọc hoặc ghi. Cặp thanh ghi này tăng số đếm từ 0000h đến FFFFh và báo tràn sẽ xuất hiện khi có sự chuyến số đếm từ FFFFh xuống 0000h. Ngắt, nếu đƣợc phép có thể phát ra khi có số đếm tràn và đƣợc đặt ở bit cờ ngắt TMR1IF. Ngắt có thể đƣợc phép hoặc cấm bằng cách đặt hoặc xoá bit cho phép ngắt TMR1IE. Bộ định thời Timer1 có thể đƣợc cấu hình để hoạt động một trong hai chế độ sau: Định thời một khoảng thời gian (timer) Đếm sự kiện (Counter) Việc lựa chọn một trong hai chế độ đƣợc xác định bằng cách đặt hoặc xoá bit điều khiển TMR1ON. - - T1CK T1CK T1OSC T1SY TMR TMR1 26
  27. - - PS1 PS0 EN NC 1CS ON Bit7 Bit0 Bit 7-6 Không đƣợc định nghĩa Bit 5-4 bit chọn bộ chia clock cho timer1 Bit 3 bit điều khiển cho phép bộ dao động Timer1 Bit 2 bit điều khiển clock ngoài Timer Bit 1 bit chọn nguồn clock cho Timer1 Bit 0 bit điều khiển hoạt động của Timer1 Chế độ Timer Chế độ Timer đƣợc chọn bằng cách xoá TMR1CS. Trong chế độ này, Nguồn clock đặt vào Timer là mạch dao động FOSC/4. Bit điều khiển đồng bộ không bị tác động vì clock ngoài luôn luôn đồng bộ. Hình 1.15. Cạnh tăng timer1 Chế độ counter Trong chế độ này, bộ định thời tăng số đếm qua clock ngoài. Việc tăng xảy ra sau mỗi sƣờn lên của xung clock ngoài. Bộ định thời phải có một sƣờn lên trƣớc khi việc đếm bắt đầu. 27
  28. Hình 1.16. Sơ đồ khối bộ định thời timer1 1.1.4.3. Bộ định thời TIMER2 Bộ định thời TIMER2 là bộ định thời 8 bit với một bộ đếm và một bộ potscaler. Nó thƣờng dùng chung với bộ CCP trong chế độ PWM (sẽ đƣợc đề câp ở phần sau). Thanh ghi TMR2 có thể đọc hoặc ghi và đƣợc xoá khi có bất kì tín hiệu reset nào của thiết bị Bộ định thời TIMER2 có một thanh ghi chu kỳ 8 bit, PR2. Bộ định thời tăng số đếm lên từ 00h đến giá trị đƣợc ghi trong thanh ghi TR2 và sau đó reset lại giá trị 00h trong chu kỳ kế tiếp. PR2 là thanh ghi có thể đọc hoặc ghi. Giá trị trùng hợp trong thanh ghi TMR2 đƣợc đi qua bộ postscaler 4 bit để phát ra một ngắt TMR2 (đƣợc đặt ở bit cờ ngắt TMR2IF). Bộ định thời TIMER2 có thể đƣợc tắt (không hoạt động) bằng cách xoá bít điều khiển TMR2ON để giản thiểu công suất tiêu tán nguồn. 28
  29. Hình 1.17. Sơ đồ khối của TIMER2 Hình 1.18. T2CON: Thanh ghi điều khiển Timer2 (địa chỉ 12h) Một đặc điểm khác của vi điều khiển Pic16F887A là có bộ dao động chủ trên chip điều, nó sẽ giúp tránh đƣợc những sai số không cần thiết trong việc tạo 29
  30. xung dao động, vi điều khiển Pic16F887A có khả năng tự Reset bằng bộ WDT, và có thêm 256 byte EEPROM. Nhƣng giá thành của Pic đắt hơn so với 8051. 1.2. Thiết bị hiện thị LCD. Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) đƣợc sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ƣu điểm so với các dạng hiển thị khác nhƣ nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đƣa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ Trong đề tài này tôi sử dụng HD44780 của Hitachi, một loại thiết bị hiển thị LCD rất thông dụng ở nƣớc ta. 1.2.1. Hình dáng kích thước. Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thƣớc khác nhau, trên hình 1.19. là hai loại LCD thông dụng. Hình 1.19. Hình hai loại LCD thông dụng. Hình 1.20. Sơ đồ chân của LCD 30
  31. Hình 1.21. LCD loại DM 1602A. Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đƣa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này đƣợc đánh số thứ tự và đặt tên nhƣ hình 1.20. 1.2.2. Các chân chức năng. Bảng 3.1. Các chân chức năng của HD44780. Chân Tên Chức năng số 1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển. 2 Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với 5V của mạch điều khiển. 3 Vo Chân này dùng để điều chỉnh độ tƣơng phản của LCD. 4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (Vcc) để chọn thanh ghi. + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên 31
  32. trong LCD. 5 RW Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. 6 E Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu đƣợc đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ đƣợc chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ đƣợc LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (low-to-high transition) của tín hiệu chân E. + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ đƣợc LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện sƣờn lên (low-to-high transition) ở chân E và đƣợc LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. 7÷14 DB0÷D 8 đƣờng của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có B7 2 chế độ sử dụng 8 đƣờng bus này: + Chế độ 8 bit: Dữ liệu đƣợc truyền trên cả 8 đƣờng, với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit: Dữ liệu đƣợc truyền trên 4 đƣờng từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7. 15 A 15 là Catot, điện áp khoảng Uak=4,2V 16 K Chân nối đất của đèn Back light 1.2.3. Sơ đồ khối của HD44780. Để hiểu rõ hơn chức năng các chân và hoạt động của chúng, ta tìm hiểu sơ qua chíp HD44780 thông qua các khối cơ bản của nó. *) Các thanh ghi: Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng là: Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register). 32
  33. - Thanh ghi IR: Để điều khiển LCD, ngƣời dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đƣờng bus DB0-DB7. Mỗi lệnh đƣợc nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng. Ngƣời dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta nạp vào thanh ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó. VD: Lệnh “hiển thị màn hình” có địa chỉ lệnh là 00001100 (DB7 DB0) Hình 1.22. Sơ đồ khối của HD44780. - Thanh ghi DR: Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM, DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùng RAM này gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin 33
  34. vào DR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc CGRAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ đƣợc ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ đƣợc chuyển ra DR để truyền cho MPU. Vậy bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này trong khi giao tiếp với MPU. Bảng 3.2. tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp. Bảng 3.2. Bảng chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng. RS RW Ý nghĩa 0 0 Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD (VD: cần display clear, ) 0 1 Đọc cờ bận ở DB7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở DB0-DB6 1 0 Ghi vào thanh ghi DR 1 1 Đọc dữ liệu từ DR *) Cờ báo bận BF (Busy Flag): Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chíp nhƣ thế, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF (thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0. *) Bộ đếm địa chỉ AC (Address Counter): Nhƣ trong sơ đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ lệnh đƣợc nạp vào thanh ghi IR, thông tin đƣợc nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhƣng việc chọn lựa vùng RAM tƣơng tác đã đƣợc bao hàm trong mã lệnh. Sau khi ghi vào (hoặc đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (hoặc giảm đi) 1 đơn vị và nội dung của AC 34
  35. đƣợc xuất ra cho MPU thông qua DB0-DB6 khi có thiết lập RS=0 và R/W=1 (xem bảng 3.2). Lƣu ý: Thời gian cập nhật AC không đƣợc tính vào thời gian thực thi lệnh mà đƣợc cập nhật sau khi cờ BF lên mức cao (not busy), cho nên khi lập trình hiển thị, bạn phải delay một khoảng tADD khoảng 4µS-5µS (ngay sau khi BF=1) trƣớc khi nạp dữ liệu mới. *) Vùng RAM hiển thị DDRAM (Display Data RAM): Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại vị trí tƣơng ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp nhƣ hình 1.23. Hình 1.23. Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD. Vùng RAM này có 80x8 bits nhớ, nghĩa là chứa đƣợc 80 kí tự mã 8 bits. Những vùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng nhƣ vùng RAM đa mục đích. Lƣu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX. *) Vùng ROM chứa kí tự CGROM (Character Generator ROM): Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu 35
  36. kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 256 mẫu kí tự). Ngƣời dùng không thể thay đổi vùng ROM này. Hinh 1.24. Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự. *) Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM (Character Generator RAM): Nhƣ trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000h để ngƣời dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng. Tuy nhiên dung lƣợng vùng này rất hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10 điểm ảnh. Để ghi vào CGRAM, xem hình 1.24. 1.2.4. Tập lệnh của LCD. Trƣớc khi tìm hiểu tập lệnh của LCD, sau đây là một vài chú ý khi giao tiếp với LCD: * Tuy trong sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau, nhƣng khi lập trình điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếp đƣợc vào 2 thanh ghi DR và 36
  37. IR thông qua các chân DBx, và ta phải thiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này. (xem bảng 3.2) Hình 1.25. Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu CGARM, và mã kí tự. * Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này có thể khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặc đợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnh tiếp theo. * Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có lệnh ghi vào RAM. (Điều này giúp chƣơng trình gọn hơn) * Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm nhƣ sau: • Các lệnh về kiểu hiển thị. VD : Kiểu hiển thị (1 hàng/2 hàng), chiều dài dữ liệu (8 bit/4 bit), • Chỉ định địa chỉ RAM nội. 37
  38. • Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội. • Các lệnh còn lại . Bảng 3.3. Tập lệnh của LCD. Tên Thời Hoạt động lệnh gian chạy Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 0 0 0 0 1 Clear Lệnh Clear Display (xóa hiển thị) sẽ ghi một khoảng trống (mã hiển Display thị kí tự 20H) vào tất cả ô nhớ trong DDRAM, sau đó trả bộ đếm địa chỉ AC=0, trả lại hiển thị gốc nếu nó bị thay đổi, nghĩa là: Tắt hiển thị, con trỏ dời về góc trái (hàng đầu tiên), chế độ tăng AC. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Return DBx = 0 0 0 0 0 0 1 * home Lệnh Return home trả bộ đếm địa chỉ AC về 0, trả lại kiểu hiển thị 1.52 ms gốc nếu nó bị thay đổi. Nội dung của DDRAM không thay đổi. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 0 0 1 [I/D] [S] I/D: Tăng (I/D=1) hoặc giảm (I/D=0) bộ đếm địa chỉ hiển thị AC 1 Entry đơn vị mỗi khi có hành động ghi hoặc đọc vùng DDRAM. Vị trí con trỏ cũng di chuyển theo sự tăng giảm này. mode set S: Khi S=1 toàn bộ nội dung hiển thị bị dịch sang phải (I/D=0) hoặc 37µs sang trái (I/D=1) mỗi khi có hành động ghi vùng DDRAM. Khi S=0: không dịch nội dung hiển thị. Nội dung hiển thị không dịch khi đọc DDRAM hoặc đọc/ghi vùng CGRAM. 38
  39. Hình 3.7. Hoạt động dịch trái và dịch phải nội dung hiển thị Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 0 1 [D] [C] [B] D: Hiển thị màn hình khi D=1 và ngƣợc lại. Khi tắt hiển thị, nội dung DDRAM không thay đổi. Display C: Hiển thị con trỏ khi C=1 và ngƣợc lại. Vị trí và hình dạng con trỏ, xem on/off hình 3.8. B: Nhấp nháy kí tự tại vị trí con trỏ khi B=1 và ngƣợc lại. Xem thêm hình 8. về kiểu nhấp nháy. Chu kì nhấp nháy khoảng 409,6ms khi mạch dao động nội LCD là 250kHz. control 37µs Hình 3.8. Kiểu con, kiểu kí tự và nhấp nháy kí tự 39
  40. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 0 1 [S/C] [R/L] * * Lệnh Cursor or display shift dịch chuyển con trỏ hay dữ liệu hiển thị Cursor sang trái mà không cần hành động ghi/đọc dữ liệu. Khi hiển thị kiểu 2 dòng, con trỏ sẽ nhảy xuống dòng dƣới khi dịch qua vị trí thứ 40 của hàng or đầu tiên. Dữ liệu hàng đầu và hàng 2 dịch cùng một lúc. Chi tiết sử dụng xem bảng sau: 37µs display hift Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx = 0 0 1 [DL] [N] [F] * * DL: Khi DL=1, LCD giao tiếp với MPU bằng giao thức 8 bit (từ bit DB7 đến DB0). Ngƣợc lại, giao thức giao tiếp là 4 bit (từ bit DB7 đến bit DB0). Khi chọn giao thức 4 bit, dữ liệu đƣợc truyền/nhận 2 lần liên tiếp với 4 bit cao gửi/nhận trƣớc, 4 bit thấp gửi/nhận sau. N: Thiết lập số hàng hiển thị. Khi N=0: hiển thị 1 hàng, N=1: hiển thị Function 2 hàng. set F: Thiết lập kiểu kí tự. Khi F=0: kiểu kí tự 5x8 điểm ảnh, F=1: kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh. * Chú ý: • Chỉ thực hiện thay đổi Function set ở đầu chƣơng trình. Và sau khi 37µs đƣợc thực thi 1 lần, lệnh thay đổi Function set không đƣợc LCD chấp nhận nữa ngoại trừ thiết lập chuyển đổi giao thức giao tiếp. • Không thể hiển thị kiểu kí tự 5x10 điểm ảnh ở kiểu hiển thị 2 hàng. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Set CGRAM DBx= 0 1 [ACG][ACG][ACG][ACG][ACG][ACG] 40
  41. address Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của CGRAM. Kí hiệu [ACG] chỉ 1 bit 37µs của chuỗi dữ liệu 6 bit. Ngay sau lệnh này là lệnh đọc/ghi dữ liệu từ CGRAM tại địa chỉ đã đƣợc chỉ định. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Set DBx = 1 [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] [AD] DDRAM Lệnh này ghi vào AC địa chỉ của DDRAM, dùng khi cần thiết lập tọa độ hiển thị mong muốn. Ngay sau lệnh này là lệnh đọc/ghi dữ liệu từ 37µs address DDRAM tại địa chỉ đã đƣợc chỉ định. Khi ở chế độ hiển thị 1 hàng, địa chỉ có thể từ 00H đến 4FH. Khi ở chế độ hiển thị 2 hàng, địa chỉ từ 00h đến 27H cho hàng thứ nhất, và từ 40h đến 67h cho hàng thứ 2. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 DBx= [BF] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] [AC] (RS=0, R/W=1) ReadBF 0µs and address Nhƣ đã đề cập trƣớc đây, khi cờ BF bật, LCD đang làm việc và lệnh tiếp theo (nếu có) sẽ bị bỏ qua nếu cờ BF chƣa về mức thấp. Cho nên, khi lập trình điều khiển, bạn phải kiểm tra cờ BF trƣớc khi ghi dữ liệu vào LCD. Khi đọc cờ BF, giá trị của AC cũng đƣợc xuất ra các bit [AC]. Nó là địa chỉ của CG hay DDRAM là tùy thuộc vào lệnh trƣớc đó. Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Write DBx = [Write data] (RS=1, R/W=0) m ata to Khi thiết lập RS=1, R/W=0, dữ liệu cần ghi đƣợc đƣa vào các chân 37µs DBx từ mạch ngoài sẽ đƣợc LCD chuyển vào trong LCD tại địa chỉ đƣợc CG or xác định từ lệnh ghi địa chỉ trƣớc đó (lệnh ghi địa chỉ cũng xác định luôn tADD DDRAM vùng RAM cần ghi). Sau khi ghi, bộ đếm địa chỉ AC tự động tăng/giảm 1 tùy theo thiết lập Entry mode. Lƣu ý là thời gian cập nhật AC không tính 4µs vào thời gian thực thi lệnh. Read data Mã lệnh: DBx = DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 from CG or DBx = [Read data] (RS=1, R/W=1) 37µs DDRAM Khi thiết lập RS=1, R/W=1,dữ liệu từ CG/DDRAM đƣợc chuyển ra tADD MPU thông qua các chân DBx (địa chỉ và vùng RAM đã đƣợc xác định 41
  42. bằng lệnh ghi địa chỉ trƣớc đó). Sau khi đọc, AC tự động tăng/giảm 1 tùy 4µs theo thiết lập Entry mode, tuy nhiên nội dung hiển thị không bị dịch bất chấp chế độ Entry mode. 1.2.5. Đặc tính của các chân giao tiếp. LCD sẽ bị hỏng nghiêm trọng, hoặc hoạt động sai lệch nếu bạn vi phạm khoảng đặc tính điện sau đây: Bảng 3.4. Đặc tính điện làm việc điển hình. Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo trong điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến 5.5V, T = -30 đến +75C). Bảng 3.5. Miền làm việc bình thường. 42
  43. Chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO ĐỘ ẨM 2.1. Sơ đồ khối Với yêu cầu của đề tài là thiết kế hệ thống đo độ ẩm dùng sensor HS1101 và dùng vi điều khiển PIC16F877A, ta có sơ đồ khối hệ thống trong hình 2.1. Khối Khối Khối sensor chuyển đổi Khối xử lý hiển thị HS1101 Khối nguồn Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ thống đo độ ẩm dùng sensor HS1101 Với sơ đồ này thì cảm biến HS1101 là cảm biến điện dung. Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của HS1101 thay đổi. Do đó, để đo đƣợc độ ẩm ngƣời ta cần thiết kế mạch đo điện dung của HS1101. Khối chuyển đổi ở đây làm nhiệm vụ chuyển đổi từ điện dung thay đổi sang tần số thay đổi. Thông thƣờng ta sử dụng IC tạo xung NE555. Khi đó giá trị điện dung của HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số của IC555. Nhƣ vậy chỉ cần đo tần số đầu ra là có thể đo đƣợc điện dung của HS1101. Khối xử lý ở đây thực hiện đo tần số từ khối chuyển đổi, tính toán ra độ ẩm và hiển thị kết quả trên khối hiển thị. 2.2. Thiết kế các khối 2.2.1. Khối Sensor HS1101 HS1101 là loại cảm biến độ ẩm đo chính xác ± 2%, dãy nhiệt độ hoạt động từ 40 -> 1000C. Cảm biến HS1101 đƣợc sử dụng phổ biến trong cuộc sống, ngoài ra nó còn dùng kết hợp với cảm biến DS18B20 dùng để đo nhiệt độ. 43
  44. Hình 2.2. Hình ảnh Sensor HS1101 Cách thức đo độ ẩm Cảm biến HS1101 là cảm biến điện dung. Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của HS1101 thay đổi nhƣ trong hình 2.3. Do vậy, để đo đƣợc độ ẩm ngƣời ta thiết kế mạch đo điện dung của HS1101. Hình 2.3. Đồ thị mối quan hệ giữa độ ẩm và điện dung đầu ra của HS1101 Trong thực tế, ngƣời ta thƣờng ghép nối HS1101 và IC NE555. Khi đó giá trị điện dung của HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của IC555. Nhƣ vậy chỉ cần đo tần số đầu ra là có thể đo đƣợc điện dung của HS1101. 44
  45. Hình 2.4. Sơ đồ ghép nối HS1101 với NE555 Trƣớc tiên ta sẽ đo tần số từ hình 2.4. Ta có công thức tính tần số nhƣ sau: F = 1/(thigh +tlow) = 1/(C@%RH*(R4+2*R2))*ln2 (2.1) Trong đó: F: là tần số C@RH: độ ẩm R2 = 576kΩ, R4 = 49.9kΩ Ta có công thức liên hệ giữa độ ẩm và điện dung: C(pF) = C@55% *(1.2510-5RH3 – 1.3610-5RH2 + 2.1910-3RH + 9.010-1) (2.2) Trong đó: C@55% = 180pF (tài liệu của hãng) C(pF): chính là điện dung đo đƣợc Từ (2.1) và (2.2) ta có mối liên hệ giữa tần số và độ ẩm Phương pháp tính: Ta thấy hàm độ ẩm là hàm mũ 3, nên rất khó tính toán mối quan hệ F và RH 45
  46. Hàm C(pF) là hàm đồng biến với RH. Do vậy F sẽ nghịch biến với RH, từ đó ta có phƣơng pháp tính độ ẩm bằng phƣơng pháp tra bảng (bảng 2.1.). Bảng 2.1. tạo mối quan hệ giữa RH và F, trong đó: F[100]={7410; 7392 .; 6019}, mảng này có 100 phần tử tƣơng đƣơng với độ ẩm từ 0 – 100%. Nhƣ vậy, khi ta đo đƣợc tần số F, ta chọn giá trị trong mảng lớn hơn và sát nhất với F. Khi đó độ ẩm RH = i%. Bảng 2.1. Bảng liên hệ tần số và độ ẩm Giá trị điện trở R2 R4 C@555 5796.000 49.9000 180pF Độ ẩm (RH) Tần số (F) 0 7.410 1 7.392 2 7.374 3 7.357 4 7.340 5 7.323 6 7.307 7 7.290 8 7.274 9 7.259 10 7.243 11 7.228 12 7.213 13 7.198 14 7.183 15 7.169 16 7.155 17 7.140 18 7.127 46
  47. 2.2.2. Khối chuyển đổi Khối chuyển đổi ở đây ta sử dụng IC tạo xung NE555, là một loại linh kiện khá phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo đƣợc xung vuông và có thế thay đổi đƣợc tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế đƣợc độ rộng xung, nó đƣợc ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác. Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất. Sau đây là bảng thông số của 555 trên thị trƣờng. + Điện áp đâu vào: 2-18V + Dòng điện logic ở mức cao nhất: 0.5 - 15V + Điện áp logic ở mức thấp: 0.03 – 0.06V + Công suất lớn nhất: 600mV * Các chức năng của NE555 + Máy phát xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PWM) hay dùng trong thu phát hồng ngoại Hình 2.5. Sơ đồ mạch của NE555 47
  48. Nhìn trên hình 2.5. ta thấy cấu trúc của 555 nó tƣơng đƣơng với 2 transistor và 5 điện trở, 2 diode và còn phụ thuộc vào nhà sản xuất. Trong mạch tƣơng đƣơng trên có: đầu vào kích thích, khối so sánh, khối điều khiển chức năng hay công suất đầu ra, một đặc tính nữa của 555 là điện áp cung cấp nằm giữa khoảng từ 3V đến 18V, dòng cung cấp từ 3 đến 6mA. Dòng điện ngƣỡng xác định bằng thời giá trị lớn nhất của Ra+Rb. Để điện áp 15V thì điện trở của Ra+Rb phải là 20M. Tất cả các IC thời gian đều có 1 tụ điện ngoài để tạo ra 1 thời gian đóng cắt xung đầu ra. Nó là một chu kỳ hữu hạn để cho tụ điện (C) nạp hay phóng điện thông qua một điện trở R. Thời gian này nó đã đƣợc xác định và nó có thể tính đƣợc thông qua điện trở R và tụ điện C. Hình 2.6. Xung đầu ra Mạch nạp RC cơ bản nhƣ trên hình 2.6. giả thiết tụ điện ban đầu là phóng điện. Khi mà đóng công tắc thì tụ điện bắt đầu nạp thông qua điện trở. Điện áp qua tụ điện từ giá trị 0 lên đến giá trị định mức vào tụ. Đƣờng cong nạp đƣợc thể hiện qua hình 2.7. Thời gian để cho tụ điện nạp đến 63,2% điện áp cung cấp đƣợc hiểu là 1 hằng số. Giá trị thời gian đó có thể tính bằng công thức đơn giản sau: t = R.C 48
  49. Hình 2.7. Đường cong nạp của tụ điện Chức năng từng chân của 555 Hình 2.8. Sơ đồ chân của NE555 IC NE555 gồm 8 chân: Chân số 1 (GND): Cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay còn gọi là chân chung. Chân số 2 (TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và đƣợc dùng nhƣ 1 chân chốt hay ngõ vào của một tầng so áp. Mạch so sánh ở đây dùng các Transistor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc. Chân số 3 (OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu ra đƣợc xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tƣơng ứng gần bằng với Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tƣơng đƣơng với 0V nhƣng mà trong thực tế mức 0 này không đƣợc 0V mà nó trong khoảng từ(0.3 -> 0.75V). Chân số 4 (RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra, khi chân số 4 nối đất thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì 49
  50. trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6. Nhƣng mà trong mạch để tạo đƣợc trong mạch dao động thƣờng hay nối chân này lên Vcc. Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở cho nối GND. Chân này có thể không nối cũng đƣợc nhƣng mà để giảm trừ nhiễu ngƣời ta thƣờng nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn đƣợc ổn định. Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp và cũng đƣợc dùng nhƣ 1 chân chốt. Chân số 7 (DISCHANGER): Có thể xem chân này nhƣ 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngƣợc lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng nhƣ 1 tầng dao động. Chân số 8 (VCC): Chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Nó đƣợc cấp điện áp từ 2V đến 18V. Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động Hình 2.9. Sơ đồ cấu tạo của 555 Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc 555 gồm: 2 OPAM, 3 điện trở, 1 Transistor, 1 FF (ở đây là RS_FF) 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp Transistor để xả điện 50
  51. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dƣơng của OP-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của OP-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S=[1] và FF đƣợc kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF=[1] và FF đƣợc Reset. Hình 2.10. Nguyên lý hoạt động Ở trên mạch trên ta biết H là ở mức cao và nó gần bằng Vcc và L là mức thấp và nó bằng 0V. Sử dụng RS_FF Khi S=[1] thì Q=[1] và Q=[0] Sau đó, khi S=[0] thì Q=[1] và Q=[0] Khi R=[1] thì Q=[0] Khi S=[1] thì Q=[1] và khi R=[1] thì Q=[0] bời vì Q=[1], Transistor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, Điện áp ở chân 6 không vƣợt quá V2. Do lối ra của OP-amp 2 ở mức 0, FF không reset. Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb với hằng số thời gian bằng (Ra+Rb)C. * Tụ C nạp từ điện áp 0V -> VCC/3: 51
  52. Lúc này V+1(V+ của OP-amp1) > V-1. Do đó O1(ngõ ra của Op- amp1) có mức logic 1 (H). V+2 Q=1, /Q (Q đảo) = 0. Q=1 > Ngõ ra =1. /Q=0 > Transistor hồi tiếp không dẫn. * Tụ C tiếp tục nạp từ điện áp VCC/3 >2VCC/3: Lúc này, V+1 Q, /Q sẽ giữ trạng thái trƣớc đó (Q=1, /Q=0). Transistor vẫn không dẫn. * Tụ C nạp qua ngƣỡng 2VCC/3: Lúc này, V+1 V-2. Do đó O2=1. R=1, S=0 > Q=0, /Q=1. Q=0 > Ngõ ra đảo trạng thái =0. /Q=1 > Transistor dẫn,điện áp trên chân 7 xuống 0V! (/Q=Q đảo). Tụ C xả qua Rb với thời hằng Rb.C Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ nhảy xuống dƣới 2Vcc/3. * Tụ C tiếp tục xả từ điện áp 2VCC/3 > VCC/3: Lúc này, V+1 Q,/Q sẽ giữ trạng thái trƣớc đó (Q=0, /Q=1). Transistor vẫn dẫn. 52
  53. * Tụ C xả qua ngƣỡng VCC/3: Lúc này V+1 > V-1. Do đó O1 = 0. R=0, S=1 > Q=1, /Q=0. Q=1 > ngõ ra =1. /Q=0 > transistor không dẫn > chân 7 không bằng 0V nữa và tụ C lại đƣợc nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3. Tóm lại: Trong quá trình hoạt độn bình thƣờng của NE555, điện áp trên tụ C chải dao động quanh điện áp VCC/3 > 2VCC/3. Khi nạp điện tụ C nạp điện với mức điện áp ban đầu là VCC/3 và kết thúc nạp ở thời điểm điện áp trên C bằng 2VCC/3. Nạp điện với hằng số thời gian là (Ra+Rb)C. Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2VCC/3 và kết thúc xả ở thời điểm điện áp trên C bằng VCC/3. Xả điện với hằng số thời gian là Rb.C Hình 2.11. Sơ đồ mạch điện tính tần số và độ rộng xung 53
  54. Nhìn vào sơ đồ mạch điện trên hình 2.11. ta có công thức tính tần số, độ rộng xung. Tần số của tín hiệu đầu ra là: F=1/(ln2.C(R1+R2)). Chu kỳ xung ở mức H(1) trong một chu kỳ: T1=ln2(R1+R2).C. Trong thời gian xung ở mức L(0) trong 1 chu kỳ: T2=ln2.RC2. 2.2.3. Khối hiển thị Để thuận tiện cho việc hiển thị ký tự và chế độ cài đặt trạng thái điều khiển, ở đây em sử dụng LCD_DM 1602A. Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý của LCD 1602 LCD1602 là loại 2 dòng, 16 ký tự, sử dụng nguồn nuôi thấp (từ 2,5V đến 5V). Có thể hoạt động ở hai chế độ 4 bit hoặc 8 bit. 2.2.4. khối xử lý Khối xử lý làm nhiệm vụ nhận tín hiệu đầu ra từ chân 3 của khối chuyển đổi NE555, sau đó thì khối xử lý sẽ tính toán và so sánh, các thông báo sẽ đƣợc hiển 54
  55. thị ra trên LCD. Ở đây em sử dụng vi điều khiển PIC16F877A. Đây là vi điều khiển có 40 chân, với 5 cổng vào ra là Port A (RA0÷RA5), Port B (RB0÷RB7), Port C (RC0÷RC7), Port D (RD0÷RD7) và Port E (RE0÷RE7). Nó có 8K Flash ROM và 368 Bytes RAM. Sơ đồ sử dụng PIC16F877A nhƣ trong hình 2.13, chân 1đƣợc đấu để có thể RESET chƣơng trình. Xung clock dùng dao động thạch anh 20MHz, đấu vào chân 13,14. Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý của PIC 16F877A trong mạch 2.2.5. Khối nguồn Cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ hệ thống. Sơ đồ khối trong hình 2.14. Hình 2.14. Mạch nguồn sử dụng IC LM7805 55
  56. Ở đây bộ ổn áp dùng IC 7805, 7812 để tạo nguồn +5V cung cấp nguồn cho mạch. 2.3. Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống đo độ ẩm dùng sensor HS1101 nhƣ hình 2.15. Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo độ ẩm dùng Sensor HS1101 Với sơ đồ trên, điện dung của HS1101 có giá trị thay đổi theo độ ẩm tƣơng đối nên trong quá trình nạp, qua R2 và R4, có thời gian nạp cũng phụ thuộc vào độ ẩm tƣơng đối và đƣợc xác định nhƣ sau: 56
  57. Thight=C@%RH.(R2+R4).ln2 (2.3) Trong đó: thight: thời gian nạp, s C@%RH: điện dung của cảm biến tại độ ẩm tƣơng đối %RH,F Sau khi nạp đến ngƣỡng 3,35V(với điện áp nguồn nuôi 5V) tụ điện tƣơng đƣơng HS1101 sẽ phóng qua R2, qua chân 7 của NE555 về âm nguồn – khép mạch cho HS1101. Thời gian phóng phụ thuộc vào độ ẩm tƣơng đối và đƣợc xác định theo công thức. tlow=C@%RH.R2.ln2 (2.4) trong đó tlow: thời gian phóng (s) C@%RH.R2.ln2: điện dung của cảm biến tại độ ẩm tƣơng đối %RH, F Tụ tƣơng đƣơng HS1101 phóng tới mức 1,65V (5V điện áp nguồn nuôi) thì lật trạng thái quay lại quá trình nạp. Tín hiệu đầu ra trên chân 3 của NE555 là một xung vuông có tần số thay đổi theo độ ẩm tƣơng đối và đƣợc tính bởi biểu thức: Fout = = (2.5) Fout : tần số xung trên chân 3 của NE555 Ta có điện dung của cảm biến độ ẩm HS1101 thay đổi theo độ ẩm tƣơng đối của không khí đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình: C(pF)=C@55% *(1.2510-5RH3 – 1.3610-5RH2 + 2.1910-3RH + 9.010-1) (2.6) Trong đó: C(pF) : Điện dung của cảm biến tại độ ẩm tƣơng đối %RH, F C@55% : điện dung của cảm biến tại độ ẩm tƣơng đối 55% và có giá trị trung bình 180 pF. RH : độ ẩm tƣơng đối, % 57
  58. Từ phƣơng trình (2.5) và (2.6), quan hệ giữa tần số xung tại chân 3 của NE555 và độ ẩm tƣơng đối đƣợc thể hiện: = C@55% *(1.2510-5RH3 – 1.3610-5RH2 + 2.1910- 3RH + 9.010-1) (2.7) Xung vuông từ chân 3 của NE555 đƣợc đƣa trực tiếp vào ngõ vào của bộ dao động timer 1 RC0 của vi điều khiển 16F877A. Với thiết kế đã trình bày, tần số xung tại chân 3 của NE555 sẽ thay đổi trong khoảng từ 7351Hz tới 6033Hz tƣơng đƣơng với độ ẩm tƣơng đối thay đổi từ 0% đến 100%. Giá trị đọc đƣợc từ biến đếm chƣơng trình chính là số chu kỳ xung trên chân 3 của NE555 trong khoảng thời gian 20ms, giá trị này sẽ đƣợc tính toán và tần số xung trên chân 3 của NE555 đƣợc tính nhƣ sau: Fout = (2.8) Từ giá trị của Fout tìm đƣợc, giải phƣơng trình (2.7) tìm đƣợc độ ẩm tƣơng đối RH. 58
  59. Chương 3. PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 3.1. Lưu đồ thuật toán Begin Khai báo các biến Khởi tạo LCD Đọc tần số xung Tính xác định độ ẩm Hiển thị lên LCD true Tiếp tục false End 59
  60. 3.2. Chương trình điều khiển. Trong đồ án này em sử dụng chƣơng trình viết code CCS, chƣơng trình cho phép lập trình ngôn ngữ C cho vi điều khiển PIC của Microchip. Chƣơng trình này có các câu lệnh đơn giản, dễ hiểu, hỗ trợ biên dịch với chức năng hiển thị lỗi và cảnh báo chƣơng trình không khả dụng. Ngoài ra nó còn có thể biên dịch từ code C ra file.hex và cả Assembly. Mã chương trình điều khiển #define Line_2 0xC0 #define Clear_Scr 0x01 // prototype statements #separate void LCD_Init ( void );// ham khoi tao LCD #separate void LCD_SetPosition ( unsigned int cX ); //Thiet lap vi tri con tro #separate void LCD_PutChar ( unsigned int cX ); // Ham viet 1 ki tu/chuoi len LCD #separate void LCD_PutCmd ( unsigned int cX) ; // Ham gui lenh len LCD #separate void LCD_PulseEnable ( void );// Xung kich hoat #separate void LCD_SetData ( unsigned int cX ); // Dat du lieu len chan Data // D/n Cong #use standard_io ( B ) #use standard_io (A) //khoi tao LCD #separate void LCD_Init ( void ) { LCD_SetData ( 0x00 ); delay_ms(200); output_low ( LCD_RS );// che do gui lenh LCD_SetData ( 0x03 ); LCD_PulseEnable(); LCD_PulseEnable(); LCD_PulseEnable(); 60
  61. LCD_SetData ( 0x02 ); LCD_PulseEnable(); LCD_PutCmd ( 0x2C ); LCD_PutCmd ( 0b00001100); LCD_PutCmd ( 0x06 ); LCD_PutCmd ( 0x01 ); } #separate void LCD_SetPosition ( unsigned int cX ) { /* this subroutine works specifically for 4-bit Port A */ LCD_SetData ( swap ( cX ) | 0x08 ); LCD_PulseEnable(); LCD_SetData ( swap ( cX ) ); LCD_PulseEnable(); } #separate void LCD_PutChar ( unsigned int cX ) { /* this subroutine works specifically for 4-bit Port A */ output_high ( LCD_RS ); LCD_PutCmd( cX ); output_low ( LCD_RS ); } #separate void LCD_PutCmd ( unsigned int cX ) { /* this subroutine works specifically for 4-bit Port A */ LCD_SetData ( swap ( cX ) ); /* send high nibble */ LCD_PulseEnable(); LCD_SetData ( swap ( cX ) ); /* send low nibble */ LCD_PulseEnable(); } #separate void LCD_PulseEnable ( void ) { output_high ( LCD_EN ); delay_us ( 3 ); // was 10 output_low ( LCD_EN ); delay_ms ( 3 ); // was 5 } 61
  62. #separate void LCD_SetData ( unsigned int cX ) { output_bit ( LCD_D4, cX & 0x01 ); output_bit ( LCD_D5, cX & 0x02 ); output_bit ( LCD_D6, cX & 0x04 ); output_bit ( LCD_D7, cX & 0x08 ); } unsigned int16 frequency; unsigned int HS1101_Get_DA (unsigned int16 frequency); const unsigned long HS1101_Table[101]={ 8109,8090,8070,8051,8033,8015,7997,7979,7961,7944, 7927,7910,7894,7878,7862,7846,7830,7815,7799,7784, 7769,7755,7740,7726,7711,7697,7683,7669,7655,7641, 7628,7614,7600,7587,7574,7560,7547,7534,7521,7507, 7494,7481,7468,7455,7442,7429,7416,7403,7390,7377, 7364,7350,7337,7324,7311,7298,7284,7271,7257,7244, 7230,7216,7203,7189,7175,7161,7147,7132,7118,7103, 7089,7074,7059,7045,7029,7014,6999,6984,6968,6952, 6936,6920,6904,6888,6872,6855,6838,6821,6804,6787, 6770,6752,6735,6717,6699,6680,6662,6644,6625,6606, 6587}; unsigned int HS1101_Get_DA(unsigned int16 frequency) { unsigned int i; for(i=0;i HS1101_Table[i]) return i; } return 100; 62
  63. main() #include #include #device *=16 adc=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT,NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=20000000) #include "lcd_lib_4bit.c" // Thu vien ham cho LCD #include "hs1101.c" // chuong trinh chinh // unsigned int humi; void main() { set_tris_C(0x00); LCD_init(); delay_us(10); LCD_putcmd(0x01); LCD_putchar("DO AN TOT NGHIEP"); while(1) { set_timer1(0); setup_timer_1(T1_EXTERNAL|T1_DIV_BY_1); LCD_putcmd(0xC0); LCD_putchar("Do am: "); delay_ms(500); setup_timer_1(T1_DISABLED); frequency=get_timer1(); humi=HS1101_Get_DA(frequency); Printf(LCD_putchar,"%LU ",frequency); LCD_putchar("%"); } } //=== The End === 63
  64. KẾT LUẬN Đề tài “Thiết kế hệ thống đo độ ẩm” dùng Sensor HS1101 không phải là đề tài mới mẻ và cũng không phải đề tài lớn, nhƣng qua đó em đã đƣợc bổ xung đƣợc rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức có ích cho bản thân. Hiểu đƣợc phƣơng pháp điều khiển và sử dụng vi điều khiển. Tìm hiểu đƣợc về cấu trúc cũng nhƣ cách thức nguyên lý hoạt động của Sensor cảm biến độ ẩm. Xây dựng đƣợc hệ thống đo lƣờng cơ bản. Và qua thời gian làm đề tài cùng với sự hƣớng dẫn chỉ bảo của thầy, em đã học hỏi, rèn luyện đƣợc tinh thần làm việc nghiêm túc và cách thức tìm tòi, học hỏi, nghiên cứu các kiên thức mới không ngừng để bổ xung tích lũy kiến thức cho mình. Trong quá trình làm đề tài, do sự hạn chế về thời gian, tài liệu và trình độ có hạn nên không tránh khỏi có thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự đóng góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài của em đƣợc hoàn thiện hơn. Sau cùng em xin trân thành bày tỏ lòng biết ơn của mình đối với thầy NGUYỄN VĂN DƢƠNG và các thầy cô trong khoa đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. Ngày 28 tháng 6 năm 2015 Sinh viên Trần Hoàng Sơn 64
  65. Tài Liệu Tham Khảo 1. Nguyễn Mạnh Giang, Cấu trúc, lập trình ghép nối và ứng dụng của Vi Điều Khiển, nhà xuất bản Lao Động – Xã Hội. 2. Phạm Minh Hà (2004), Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 3. Ngô Diện Tập, Vi Điều Khiển trong đo lường và điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội. 4. Tống Văn On, Họ Vi Điều Khiển 8051, nhà xuất bản Lao Động và Xã Hội. 5. Nguyễn Tăng Cƣờng, Phan Quốc Thắng, Cấu trúc và lập trình họ Vi Điều Khiển 8051, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. 65