Báo cáo Đồ án - Thiết kế mạch quản lý số lượng xe trong bãi

g của con nguời. Như chung ta thấy, dân số ngày một tăng nhanh và việc sử dụng các phương tiện cũng như các thiết bị cũng tăng một cách khó kiểm soát. Với ý tưởng chế tạo ra một thiết bị để phục vụ cho việc quản lý, nắm bắt được số lượng sản phẩm,thiết bị, phương tiện ... một cách khoa học, em đã đã chọn đề tài “THIẾT KẾ MẠCH QUẢN LÝ SỐ LƯỢNG XE TRONG BÃI” với mong muốn có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực tế và phần nào cải thiện được việc quản lý được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy LÊ ĐỨC TOÀN đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài cũng như tất cả các thầy cô đã cung cấp kiến thức nền tảng để em hoàn thành tốt đề tài theo đúng kế hoạch. Mặc dù đã hoàn thành nhưng kiến thức về vi xử lý, khả năng thiết kế cũng như lập trình có hạn nên sẽ không tránh khỏi sai xót. Em rất mong sự phản hồi và đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài thêm hoàn thiện. Em xin trân thành cảm ơn. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi MỤC LỤC PHẦN I. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 5 1. Vi điều khiển 8051 5 1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của 8051 6 1.2 Chức năng các chân của 8051 6 2. LED Hồng Ngoại 11 3. Op- Amp LM358 13 4. Tụ điện 13 5. Thạch anh 15 6. Điện trở, biến trở 16 a)Điện trở 16 b)Biến trở 17 7. LED 7 đoạn 18 PHẦN II. THIẾT KẾ MẠCH 19 1 Sơ đồ khối 19 Đoạn code dùng để nạp lên VĐK 8051: 20 2. Nguyên lý hoạt động toàn bộ mạch 21 3. Ưu điểm và nhược điểm của mạch 22 4. Kết luận 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi PHẦN I. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1. Vi điều khiển 8051 Một số đặc điểm của 8051: +8 KB bộ nhớ chương trình Dao động bên ngoài với thạch anh <24MHz. Thông thường, VĐK 89S52 chạy với thạch anh 12MHz. 256 Byte Ram nội. 4 Port xuất nhập. 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2. Timer 2 có các chức năng Capture/Compare. 8 nguồn ngắt. Nạp chương trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI. Đặc tính Số lương ROM trên chip 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời 2 Các chân vào ra 32 Cổng nối tiếp 1 Nguồn ngắt 6 GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của 8051 Hình 1. Sơ đồ khối của 8051 GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi Hình 2. Sơ đồ chân của 8051 1.2 Chức năng các chân của 8051 * Chân 1 đến 8: được gọi là Cổng 1 (Port 1), Tám chân này có duy nhất 1 chức năng là xuất và nhập. Cổng 1 có thể xuất và nhập theo bit hoặc byte. Ta đánh tên cho mỗi chân của Port 1 là P1.X (X = 0 đến 7) GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi * Chân 9: là chân vào reset của 8051 Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao trong ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Hay nói cách khác là vi điều khiển sẽ bị reset nếu chân này được kích hoạt mức cao. Hình 1.3: Sơ đồ mạch reset ngoài của 8051 * Chân 10 đến 17: được gọi là Cổng 3 (Port 3) Tám chân này ngoài chức năng là xuất và nhập như các chân ở cổng 1 (chân 1 đến 8) thì mỗi chân này còn có chức năng riêng nữa, cụ thể như sau: GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi Bit Tên Chức năng P3.0 RxD Chân nhận dữ liệu cho cổng nối tiếp P3.1 TxD Chân truyền dữ liệu cho cổng nối tiếp P3.2 INT0 Chân ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Chân ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/counter 1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Bảng 1.3: Bảng Mô tả chức năng riêng P3 * Chân 18 và 19 (XTAL1 & XTAL2) Hai chân này được sử dụng để nối với bộ dao động ngoài Thông thường một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầu vào XTAL1 (chân 19) và XTAL2 (chân 18) cùng với hai tụ gốm giá trị khoảng 30pF. Một phía của tụ điện được nối xuống đất như hình trên. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi Các hệ thống xây dựng trên 8051 thường có tần số thạch anh từ 10 đến 40 MHz, thông thường ta dùng thạch anh 12 Mhz Chân 20: được nối vào chân 0V của nguồn cấp Chân 21 đến chân 28: được gọi là cổng 2 (Port 2) Tám chân của cổng 2 có 2 công dụng, ngoài chức năng là cổng xuất và nhập như cổng 1 thì cổng 2 này còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ ngoài. * Chân 29 (PSEN): Chân PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối với chân OE của ROM ngoài để cho phép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài. PSEN ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh. Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì PSEN được duy trì ở mức cao * Chân 30 (ALE): Chân ALE cho phép tách các đường dữ liệu và các đường địa chỉ tại Port 0 và Port 2. * Chân 31 (EA): Tín hiệu chân EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi điều khiển. Nếu chân EA được nối ở mức cao (nối nguồn Vcc), thì vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội. Nếu chân EA ở mức thấp (được nối GND) thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoài. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi * Chân 32 đến 39: được gọi là cổng 0 (Port 0) Cổng 0 gồm 8 chân cũng có 2 công dụng, ngoài chức năng xuất nhập, cổng 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ, chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp với các biết bị ngoài có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ... Vì cổng P0 là một máng mở khác so với các cổng P1, P2 và P3 nên các chân ở cổng 0 phải được nối với điện trở kéo khi sử dụng các chân này như chân vào/ra. Điện trở này tùy thuộc vào đặc tính ngõ vào của thành phần ghép nối với chân của port 0. Thường ta dùng điện trở kéo khoảng 4K7 đến 10K Hình 1.5: Nối điện trở kéo cho cổng 0 của 8051 * Chân 40: chân nguồn của vi điều khiển, được nối vào chân Vcc của nguồn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 2. LED Hồng Ngoại Hình 6. Led phát Hình 7. Led thu Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi ●Nguyên lý hoạt động của led hồng ngoại: Led phát hồng ngoại: Khi được cấp nguồn, có dòng, phân cực thuận, Led Hồng ngoại sẽ phát ra sóng điện từ trong dải hồng ngoại (có bước sóng từ 0,76 µm đến vài milimét). Mắt người không thể nhìn thấy được, để kiểm tra ta có thể dùng camera điện thoại. Nếu LED phát ta nhìn thấy có ánh sáng gần giống như màu tím thì LED Phát có hoạt động như hình dưới : Hình 1 : kiểm tra hoạt động led phát hông ngoại Led thu hồng ngoại, dùng loại Led hai chân, về sự tương tự, có thể coi như Led thu hồng ngoại là một “điện trở hồng ngoại”. Khi được ánh sáng hồng ngoại chiếu vào, điện trở nội của led hồng ngoại thu sẽ giảm về khoảng vài chục ôm (có dòng đi qua) ngược lại khi không có nguồn hồng ngoại chiếu vào, điện trở led thu rất lớn (dòng điện sẽ không qua). GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 3. Op- Amp LM358 Gồm 2 còn op-amp bên trong, mỗi op-amp gồm có 3 chân, ngõ vào đảo (- input) và ngõ vào không đảo (+ input) và ngõ ra. Khi hiệu điện thế + input cao hơn - input, ngõ ra sẽ ở mức cao (+Vss), ngược lại ngõ ra ở mức thấp (-Vss) LM358 dùng nguồn đơn cấp hoạt động. 4. Tụ điện GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực bằng kim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất điện môi cách điện có điện dung C. Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoay chiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều. C = ε*S/d Trong đó : ε là hằng số điện môi S là điện tích bề mặt tụ m2 d là bề giày chất điện môi Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một khoảng d. Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số : E = Trong đó: 0 = 8.86.10-12 C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không. là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không = 1, giấy tẩm dầu = 3,6, gốm = 5,5; mica = 4 5 GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 5. Thạch anh Đặc tính vật lý : độ bền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các tác dụng hóa học Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thì sinh ra dao động. Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng. Tính chất dao động của thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương hình a., trong đó Lq,Cq và rq phụ thuộc vào kích thước khối thạch anh và cách cắt khối thạch anh. Thạch anh có kích thước càng nhỏ thì Lq, Cq và rq càng nhỏ, nghĩa là tần số cộng hương riêng của nó càng cao. Lq, Cq và rq có tính ổn định cao. Cq là điện dung giá đỡ, tính ổn định của Cq kém hơn. Các mạch Dao động Thạch anh: cho ra tần số rất ổn định, sử dụng rất nhiều trong các đồng hồ điện tử (như đồng hồ đeo tay, đồng hồ để bàn...), trong các thiết bị đo lường điện tử (tạo xung chuẩn), trong mạch đồng bộ màu của TV, VCR, trong các thiết bị tin học (máy vi tính, các thiết bị nối với máy vi tính), GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi a) Ký hiệu thạch anh Đặc tính điện kháng của thạch anh Sơ đồ tương đương của thạch anh Điện trở, biến trở Điện trở : Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và áp.Điện trở đựơc sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử. R =ρl/S Trong đó: ρ là điện trở suất của vật liệu S Điện trở là đại lượng vật lí 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: R =U/I Trong đó: U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V). I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A). R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω). Ký hiệu: GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi Ứng dụng: Điện trở được dùng để chế tạo ra dịch mức điện áp giữa hai điểm khác nhau của mạch. là thiết diện của dây; ℓ là chiều dài của dây b) Biến trở : Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện. Ký hiệu : 7. LED 7 đoạn LED 7 đoạn được sử dụng nhiều trong các mạch hiển thị thông tin thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giản, LED 7 đoạn được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ 0 đến 9 và từ A đến F. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi Trên thị trường có 2 loại LED 7 đoạn đó là chung Anot và chung Catot. Cấu tạo của nó gồm 8 con LED đơn được ghép với nhau chung Anot hoặc Catot. Có 1 chân cấp nguồn và 8 chân đầu ra hay vào tùy theo Anot chung hay catot chung.Và trên đó nó được chia ra làm 7 thanh tương ứng với A,B,C,D,E,F,G và 1 chân dp. LED anot chung LED catot chung Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòng điện từ 10....20mA. Với điện áp 5V thì điện trở cần dùng là 270Ω; công suất là 1,4 Watt. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi PHẦN II. THIẾT KẾ MẠCH 1.Sơ đồ khối 2. Nguyên lý hoạt động toàn bộ mạch 2.1 code C Được viết trên Keil C và được nạp vào8051 bằng mạch nạp ISP #include #define L1 P2_0 #define L2 P2_2 #define MANGLED P0 #define TANG P3_0 #define GIAM P3_2 #define L3 P2_4 #define L4 P2_6 unsigned char Mang[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; char a,b; void delay(unsigned int t){ unsigned int i,j; for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<100;j++); } void hamdem(){ if(!TANG){ a++; if(a>110)a=0; while(!TANG); }else if(!GIAM){ a--; if(a<0)a=0; while(!GIAM); } } void QUETLED7THANH(){ L1=0; MANGLED=Mang[a/1000]; delay (1); MANGLED=0xff; L1=1;L2=0; MANGLED=Mang[(a%1000)/100]; delay (1); MANGLED=0xff; L2=1;L3=0; MANGLED=Mang[(a%1000%100)/10]; delay (1); MANGLED=0xff; L3=1;L4=0; MANGLED=Mang[(a%1000%100%10)]; delay (1); MANGLED=0xff; L4=1; } void main(){ CHUONGTRINHTRE(500); while(1){ hamdem(); QUETLED7THANH(); } } GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 2.2. Mô phỏng Proteus 8.5 Hình 3.Mạch nguyên lý Hình mạch in Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 2.3 Nguyên lý hoạt động VKĐ 8051 ban đầu hoạt động ở mức cao ( mức 1) Khi có vật cản không hấp thụ hoàn toàn hồng ngoại đi qua phía trên căp led phát thu thì led thu sẽ nhận được ánh sáng hồng ngoại phản xạ từ vật cản. Khi đó nội trở của Led thu sẽ giảm về khoảng vài chục ôm từ đó sẽ có dòng đi qua led thu xuống đất. Điện áp tại chân 3 LM358 thấp => điện áp ra chân 1 mức thấp đồng thời chân 3.0 của VĐK 8051mức thấp => vi điều khiển đếm tăng lên 1 và xuất ra led 7 thanh. Khi không có vật cản thì nội trở của led thu ở vô cùng lớn. Điện áp tại chân 3 của LM358 mức cao => chân 1 LM358 xuất mức cao đồng thời chân 3.0 của 8051 có mức cao. Vi điều khiển không đếm mà giữ nguyên trạng thái trước đấy (nhớ) Tương tự với việc đếm giảm. 3.Ưu điểm và nhược điểm của mạch a, Ưu điểm Số đếm chính xác, hiển thị rõ ràng. Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm sự an toàn, dễ sử dụng. Mạch sử dụng IC số đơn giản, các linh kiện thụ động và tích cực thông dụng trong bộ môn điện tử số và điện tử tương tự nên dễ dàng cho sinh viên có thể làm và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch. b, Nhược điểm Bố trí mạch chưa khoa học, chưa mang tính công nghiệp Mạch vẫn còn bị nhiễu tín hiệu. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi 4. Kết luận Trong thời gian thực hiện đề tài, với sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn, đến nay đề tài: “Mạch đếm sản phẩm sử dụng VĐK 8051” đã hoàn thành. Em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường để giải quyết những yêu cầu. Tuy nhiên do thời gian và trình độ chuyên môn có hạn nên đồ án còn tồn tại những thiếu sót và hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến góp ý của thầy cũng như của các bạn sinh viên và ý tưởng thiết kế cũng như mô hình sản phẩm của em để sản phẩm được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin cảm ơn thầy Lê Đức Toàn đã tạo diều kiện tốt nhất giúp đỡ em hoàn thành đề tài. GVHD: Lê Đức Toàn Đồ án thiết kế mạch điện tử Mạch quản lý xe trong bãi TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Thiết kế điện tử tiên tiến- Nguyễn Trung Hiếu, Đặng Hoài Bắc, nxb thông tin truyền thông. Giáo trình 8051 và ứng dụng, Tống Văn On. www.banlinkien.vn www.alldatasheet.com GVHD: Lê Đức Toàn