Tải bản đầy đủ

ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐO MOMEN TRỤC QUAY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐO MOMEN TRỤC QUAY

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN VƯỢNG
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2008 – 2012

Tháng 06 năm 2012


ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐO MOMEN TRỤC QUAY

Tác giả

NGUYỄN VĂN VƯỢNG

Khóa luận được trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Giáo viên hướng dẫn:
Ts. NGUYỄN NHƯ NAM
 

Tháng 06 năm 2012

 


LỜI CẢM ƠN!
Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ ân
cần của thầy Ths. LÊ VĂN BẠN, Ts. NGUYỄN NHƯ NAM cùng lời động viên, nhắc
nhỡ của quý thầy cô trong khoa Cơ khí & Công nghệ trường Đại Học Nông Lâm
TPHCM và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, cùng trường. Với những tấm lòng quý
báu đó đã giúp tôi có được niềm tin, nghị lực để hoàn thành tốt đề tài.
Trước tiên em xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, cảm ơn quý thầy cô
Trường Đại Học Nông Lâm, đặc biệt là qúy thầy cô khoa Cơ khí & Công nghệ đã dạy
và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em trân trọng gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Điền khiển Tự động, đã
nhắc nhở và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.
Em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy: Ths. LÊ VĂN BẠN và Ts. NGUYỄN
NHƯ NAM là những người đã nhiệt tình giúp đỡ em trong việc hướng dẫn thực hiện
đề tài này.
Tôi rất cảm ơn các bạn trong lớp, trong khoa và trường đã giúp đỡ tôi và đã
động viên tinh thần cho tôi để tôi đạt được kết quả như ngày hôm nay.
Tp.HCM tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Vượng

ii
 


TÓM TẮT
Kỹ thuật vi xử lí và vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh đã và đang mang
đến những thay đổi to lớn trong khoa học và công nghệ cũng như trong đời sống hàng
ngày.nhờ kỹ thuật vi xử lí và vi điều khiển mà máy móc trở nên thông minh hơn,thực
hiện được những công việc đòi hỏi độ chính xác cao,đem lại hiệu quả kinh tế cao…


Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại máy đo điện tử dùng để đo
momen,nhưng các loại máy này thường có giá rất đắt và được khó có thể có để sử
dụng trong thí nghiệm.
Được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa cơ khí & công nghệ trường Đại
Học Nông Lâm TP HCM tôi tiến hành thực hiện đề tài: “ ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐO
MOMEN TRỤC QUAY”
Những vấn đề trong đề tài cần giải quyết là:
 Chọn Strain gage
 Thiết kế mô trục đo
 Thiết kế mạch nguồn.
 Thiết kế mạch khuyếch đại tín hiệu.
 Thiết kế mạch hiển thị giá trị đo.
 Thực hiện viết chương trình điều khiển.

iii
 


MỤC LỤC
TRANG TỰA .......................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN! ....................................................................................................................ii
TÓM TẮT ......................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..........................................................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ..................................................... v
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...............................................................................................vii
Chương 1 MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề: ..................................................................................................................... 1
1.2. Lý do chọn đề tài: ......................................................................................................... 2
1.2. Mục đích của đề tài: ...................................................................................................... 2
Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU ....................................................................................... 3
2.1. Tra cứu các phương pháp đo mômen: ........................................................................... 3
2.1. 1. Phương pháp cơ khí: .................................................................................................. 3
2.1.2 Phương pháp âm thanh: .............................................................................................. 3
2.1.3. Phương pháp biến dạng bằng điện trở: ...................................................................... 4
2.1.4. Phương pháp đo biến dạng bằng chất bán dẫn: ......................................................... 4
2.1.5. Phương pháp tạo mẫu (phương pháp lưới):............................................................... 4
3.1. Giới thiệu về strain gages: ............................................................................................. 4
3.2. Mạch cầu wheatstone: ................................................................................................... 6
3.4. Tra cứu linh kiện điện tử : ............................................................................................. 8
3.4.1. Vi điều khiển pic 16F877A ........................................................................................ 8
3.4.2. Tra cứu IC INA128: ................................................................................................. 17
3.4.3. Tra cứu LM7805:...................................................................................................... 20
3.4.4. Tra cứu LM7812 ....................................................................................................... 20
3.4.5. Tra cứu LM7912 và LM7905: .................................................................................. 21
3.4.6. Tra cứu bộ hiển thị LCD 16x2: ................................................................................ 21
3.4.7. Tra cứu về phần mềm: .............................................................................................. 25
Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN ........................................................ 26
iv
 


3.1. Thời gian:..................................................................................................................... 26
3.2. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu: ................................................................................ 26
3.3. Lựa chọn phương pháp đo momen trục: ..................................................................... 26
3.4. Phương pháp thực hiện phần điện – điện tử: ............................................................... 26
Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................ 27
4.1 Mô hình cơ khí: ............................................................................................................ 28
4.2. Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của máy: .................................................................. 29
4.3. Thực hiện phần cơ khí: ................................................................................................ 29
4.3.1. Trục xoắn: ................................................................................................................. 29
4.3.2. Bộ phận cấp điện cho strain gage: ............................................................................ 31
4.3.3. Bộ phận truyền động: ............................................................................................... 32
4.4. Thực hiện phần điện tử: ............................................................................................... 32
4.4.1. Chọn strain gages: .................................................................................................... 32
4.5.2. Thiết kế mạch nguồn: ............................................................................................... 33
4.3.3. Thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu............................................................................ 34
4.3.4. Thiết kế mạch kết nối LCD và mạch PIC: ............................................................... 35
4.3.5.Mạch nút nhấn điều khiển: ........................................................................................ 37
4.5. Nguyên lý hoạt động của mạch: .................................................................................. 37
4.4. Lưu đồ điều khiển: ....................................................................................................... 39
4.5. Viết chương trình:........................................................................................................ 39
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................ 42
5.1. Kết luận: ...................................................................................................................... 43
5.2.Đề nghị: ........................................................................................................................ 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

v
 


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
EEPROM:

Erasable Programmable Read Only Memory

SSP:

Synchronous Serial Port ( giao tiếp đồng bộ nối tiếp )

USART:

Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter
bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ)

PSP:

Parallel Slave Port ( cổng giao tiếp song song )

ADC:

Analog to Digital Converter (chuyển hóa tín hiệu tương tự

thành tín hiệu số )
ICSP:

In Circuit Serial Programming ( năng nạp chương trình

điện áp thấp )
LCD:

Liquid Crystal Display ( Màn hình tinh thể lỏng )

RAM:

Random Access Memory ( bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên )

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

vi
 


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Extensometer ........................................................................................................ 3
Hình 2.2 : Strain gage dạng lưới phẳng .............................................................................. 5
Hình 2.3: Strain gage dạng ống trụ ...................................................................................... 5
Hình 2.4 Mạch cầu wheatstone ............................................................................................ 6
Hình 2.5: mạch cân bằng ban đầu........................................................................................ 7
Hình 2.6 : Mạch cân bằng nhiệt độ ...................................................................................... 7
Hình 2.7: Mạch kết hợp các miếng đo................................................................................. 8
Hình 2.8: Sơ đồ chân Pic16F877A .................................................................................... 11
Hình 2.9: IC INA128 ......................................................................................................... 17
Hình 2.10: Cấu tạo INA128 ............................................................................................... 18
Hình 2.11 : Sơ đồ chân INA128 ........................................................................................ 18
Hình 2.12 Cách kết nối cơ bản cho IAN128 hoạt động .................................................... 19
Hình 2.13: Mạch ứng dụng khuếch đại cầu wheatstone .................................................... 20
Hình 2.15 Sơ đồ chân L7805 ............................................................................................ 20
Hình 2.16 Sơ đồ chân LM7812.......................................................................................... 21
Hình 2.17 LCD 16x2 ......................................................................................................... 22
Bảng 2.1 Sơ đồ chân LCD 16x2 ........................................................................................ 23
Hình 4.1 Phần cơ khí sau khi hoàn thành .......................................................................... 28
Hình 4.2. Sơ đồ khối hoạt động của máy........................................................................... 29
Hình 4.3 Trục xoắn ............................................................................................................ 30
Hình 4.4 Vòng tiếp điện ..................................................................................................... 31
Hình 4.5 Bộ phận đưa áp vào và ra.................................................................................... 31
Hình 4.6 Bộ phận truyền động cơ khí ................................................................................ 32
Hình 4.8 Mạch nguồn 5V .................................................................................................. 34
Hình 4.9 Mạch khuếch đại ................................................................................................. 34
Hình 4.10 Mạch hiển thị LCD ........................................................................................... 36
Hình 4.11 Mạch nút nhấn .................................................................................................. 37
Hình 4.12 Mạch điều khiển Pic16F877A .......................................................................... 38
vii
 


Hình 4.13 Lưu đồ điều khiển ............................................................................................. 39
Hình 4.14 Giao diện lập trình của MikroC ........................................................................ 40
Hình 4.15 Giao diện viết chương trình .............................................................................. 40
Hình 4.16 Mạch nạp Burn-E .............................................................................................. 41
Hình 4.17 Giao diện chương trình nạp .............................................................................. 41

viii
 


 

Chương 1
MỞ ĐẦU
 

1.1. Đặt vấn đề:
Ngày nay việc đo lường và điều khiển được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp
cũng như trong phòng thí nghiệm rất hữu dụng. lợi dụng đo ứng suất biến dạng từ đó
mà ta có thể xác định được những thông số vật lý khác như: moment, lực tác dụng…
Để hiểu được và làm chủ được các hiện tượng vật lý, hóa học, y sinh học… trong
đời sống đòi hỏi chúng ta phải có phương pháp đo và thiết bị đo lường sẽ giúp chúng
ta đạt mục đích này.
Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử và công nghệ thông tin chúng
ta có thêm các thiết bị điện tử đo lường ngày càng chính xác hơn, sử dụng thuận tiện
hơn, hoạt động ở chế độ tự động hoàn toàn. Để phục vụ cho việc tự động hóa trong
công nghiệp . chúng ta phải đề cập đến các phương pháp và cảm biến đo các đại lượng
đo không điện
Ví dụ như: lực áp suất nhiệt độ… từ đại lượng không điện này được cảm biến
chuyển thành đại lượng điện rồi xử lí tín hiệu bằng mạch điện tử.
Với mục đích xác định momen xoắn của động cơ thông qua 1 trục, tức là khi động
cơ hoạt động có tải đặt lên một đầu của trục, trên trục có gắn Strain Gage (miếng đo
biến dạng) mà từ đó ta xác định được khối lượng mà tải đặt lên trục. thông qua đại
lượng trung gian này ta có thế xác định được mômen
Với đề tài “ ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐO MÔMEN TRỤC QUAY” này có thể làm
thiết bị đo ở phòng thí nghiệm.

1


1.2 Lý do chọn đề tài:
Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước đang bước thời kỳ công nghiệp
hoá-hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều
này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ
nặng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí
thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Với sự phát triển nhanh chóng của cuộc
cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tự động hóa
tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày.
Trong đó điều khiển chuyển động là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát
triển nhanh trong ngành điều khiển và tự động hoá. Trong những hệ thống điều khiển
vị trí, tốc độ và moment yêu cầu sự chính xác cao rất cần đến một thiết bị đáp ứng.
Việc nghiên cứu chế tạo các thiết bị đo momen ở nước ta là việc còn mới mẻ trong
điều kiện ở nước ta.
Để có thể hiểu hơn và đi sâu vào vấn đề này em đã chọn thực hiện đề tài: “ Ứng
dụng vi xử lý đo momen trục quay”
1.2. Mục đích của đề tài:
 Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của thiết bị đo momen bằng vi xử lí
 Thiết kế cơ khí và mạch điện cho thiết bị đo momen
 Kiểm tra độ chính xác của thiết bị khi đo, sai số ít nhất
Được sự cho phép của Ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ và sự hướng
dẫn của TS. NGUYỄN NHƯ NAM, em tiến hành thực hiện đề tài: “Ứng dụng vi xử lý
đo momen trục quay” với mục đích chính là thiết kế chế tạo thiết bị đo mômen của
trục quay.
Do trình độ có hạn và mức độ dừng lại ở đề tài tốt nghiệp cũng như hạn chế về
thời gian nên khóa luận cũng không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô
và bạn đọc đóng góp ý kiến để khóa luận được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm
ơn mọi người.

2


Chương 2
TRA CỨU TÀI LIỆU
2.1. Tra cứu các phương pháp đo mômen:
Thông qua các phương pháp đo biến dạng của vật liệu từ đó ta có thể tính toán
momen cần đo.
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật đầu dò, đặc biệt từ những
năm 1970, người ta đã chế tạo ra rất nhiều dụng cụ đo biến dạng dựa trên các nguyên
lý cơ khí, quang, điện âm thanh và nguyên lý khí nén.... Sau đây là một số phương
pháp đo:
2.1. 1. Phương pháp cơ khí:
Phương pháp cơ khí đo biến dạng ngày nay ít được sử dụng, bởi vì đo biến dạng
bằng điện trở chính xác hơn và dễ sử dụng. Tuy nhiên, dụng cụ đo cơ khí được gọi là
Extensometer vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kiểm tra vật liệu, là thiết
bị đo độ dãn dài, gọi là dãn kế.

Hình 2.1 Extensometer
2.1.2 Phương pháp âm thanh:
Phương pháp đo biến dạng bằng âm thanh có nét độc đáo riêng, ổn định không
mất độ chính xác theo thời gian. Phương pháp đo biến dạng bằng âm thanh vẫn được
sử dụng nhiều trong xay dựng cần độ chính xác cao. Nhưng để thực hiện còn phức tạp.
dựa trên lý thuyết truyền sóng. Khi một lực xung tác động lên vật liệu sẽ gây ra sóng
ứng suất lan truyền trong vật liệu, Gặp bất cứ thay đổi nào về tính đồng nhất trong vật
3


liệu như nứt nẻ, rỗ hoặc lẫn tạp chất hoặc thay đổi tiết diện vật liệu Bằng cách đo lại
thời gian và cường độ sóng phản hồi người ta có thể đánh giá được vị trí và dự đoán
mức độ biến dạng.
2.1.3. Phương pháp biến dạng bằng điện trở:
Phương pháp đo biến dạng bằng điện trở này được xem là hoàn hảo nhất, chỉ
trừ một số trường hợp đạc biệt phương pháp này không sử dụng được. Phương
pháp này được xem là phổ biến nhất hiện nay , phương pháp này sẽ được giới
thiệu chi tiết trong phần sau của đề tài.
2.1.4. Phương pháp đo biến dạng bằng chất bán dẫn:
Sử dụng những cảm biến được chế tạo từ bán dẫn, trên cơ sở hiệu ứng áp trở
trong vật liệu silicon. Ưu điểm có độ nhạy cao nhưng giá thành lại cao. Phạm vi đo
chịu ản hưởng nhiều về yếu tố nhiệt độ. Phương pháp này dùng để đo biến dạng ra nhỏ
vì nó cực nhạy (với điều kiện nhiệt độ ổn định) song rất ít sử dụng.
2.1.5. Phương pháp tạo mẫu (phương pháp lưới):
Đặt tờ giấy nhám lên vật mẫu kéo theo 2 phương để tạo vết trầy. Để đo biến dạng
trên mẫu thử rất khó nên người ta lấy tấm hợp kim mỏng dán lên chỗ trầy, để in lên
tấm hợp kim đó, thay vì đo vật mẫu người ta đo vết trầy lên tấm hợp kim. Phương
pháp này có điểm khó khăn là các biến dạng thường nhỏ do đó hầu hết các
trường hợp không bảo đảm tính chính xác.
3.1. Giới thiệu về strain gages:
Miếng đo biến dạng ( strain – gage ) cấu tạo như một điện trở được dung để dán
lên một bộ phân biến dạng. mức biến dạng của bộ phận thông qua lớp keo được truyền
sang miếng đo. Miếng đo như vậy phải chịu một sự biến động tỉ lệ với điện trở của nó.
Strain gage là một trong những công cụ quan trọng của kĩ thuật đo lường điện tử
được áp dụng đo các đại lượng cơ học. đúng như tên gọi nó được sử dụng để đo biến
dạng. biến dạng của một vật thể được gây ra bởi tác nhân bên ngoài hoặc bên trong,
làm sinh ra ứng suất. do vậy trong phân tích ứng suất thực nghiệm người ta sử dụng
rộng rãi phương pháp xác định biến dạng.
Các thiết bị biến dạng cho đến nay đã được nhiều hãng chế tạo như: hottinger
Baldwin, Messtechnik, Micrmesures Víhay…
Strain gage được tạo ra với 2 kết cấu là lưới phẳng và dạng ống trụ.
4


Hình 2.2 : Strain gage dạng lưới phẳng

Hình 2.3: Strain gage dạng ống trụ

Hệ số miếng đo :
Sự thay đổi điện trở của strain gage biến dổi tùy thuộc vào quan hệ sau:
=F

= F.E

Với :
 R: là điện trở ban đầu của strain gage


: độ biến đổi điện trở

 L: chiều dài ban đầu của strain gage.
 F: hệ số miếng đo.
Một niếng đo lý tưởng phải có một điện trở rất lớn, một hệ số đo cực đại và một
mức giới hạn đàn hồi cao đồng thời lại không bị ảnh hưởng nhiệt độ cao tác động.
them vào đó, hệ số miếng đo luôn luôn bất biến cho dù mức biến dạng có lớn đến đâu
đi chăng nữa.
Để miếng đo có thể hoạt động một cách thích hợp theo sức căng cũng như sức
nén, sợi điện trở phải càng mỏng để cho lớp keo có thể truyền hoàn toàn mức biến
dạng của bộ phận sang miếng đo.
Chất keo dán:
 Keo cyanoacrylate : rất thực dụng cho việc áp dụng bình thường trong thời gian ngắn,
nhiệt độ áp dụng dưới 100 . Sẽ khô cứng trong vài giây dưới tác dụng của sức ép.
 Keo epoxy: rất có hiệu quả, ổn định trong thời gian lâu với nhiệt độ đến 300
 Keo gốm: khó áp dụng hơn vì cần thiết bị đặc biệt, không cho phép sử dụng với những
biến dạng lớn, sử dụng được đến 600
5


 Hàn: đây là cách thức thực tế nhất để dung ở nhiệt độ cao cho các miếng đo trong vỏ
bọc kim loại rất đặc.
Cần chú ý là bề mặt để dán phải được tẩy sạch dầu mỡ và sau đó được trung hòa
bằng hóa chất. để tạo ra mặt có tính chất lý tưởng đối với loại keo này, bề mặt phải
được làm sạch vết rỉ để tạo ra bề mặt nhẵn nhưng không quá bóng.
3.2. Mạch cầu wheatstone:
Cầu wheatstone là mạch cầu được chọn nhiều nhất trong việc đo những biến dạng
điện trở nhỏ ( tối đa 10% ) như trong việc dùng các miếng đo biến dạng.
Nguyên lý:
 
 
 
 

Hình 2.4 Mạch cầu wheatstone
Tín hiệu đầu ra Em qua thiết bị đo với trở kháng Zm:

(1)

Em =



: Biến đổi đơn vị của điện trở

 R : Điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4
 V : Điện áp cung cấp cho cầu
Điện áp cung cấp cho cầu là nguồn năng lượng cung cấp thật ổn định
Phần lớn Zm lớn hơn R rất nhiều do đó phương trình (1) trở thành:

( 2)

Em =
6


Từ ( 2 ) có nhận xét là: sự thay đổi đơn vị điện trở của 2 điện trở nghịch nhau. Đặc
tính này của cầu wheatstone thường được dùng để đảm bảo tính ổn định nhiệt của
mạch đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt.
Cân bằng ban đầu:

Hình 2.5: mạch cân bằng ban đầu
Hình trên cho thấy một phương pháp dùng để đảm bảo cho việc cân bằng ban đầu
Ra là điện trở cố định, Rb là một biến trở.
Đặc tính của cầu:
Phần lớn các miếng đo biến dạng hiện nay đều có khả năng tự động cân bằng.
Thí dụ, một miếng đo được cân bằng cho phép về lý thuyết sẽ không cho thấy sự
thay đổi điện trở nào khi miếng thép mà miếng đo được dán lên sẽ giãn nở khi nhiệt độ
thay đổi. Đặc tính tự cân bằng này có được là nhờ việc xử lý nhiệt áp dụng cho kim
loại dùng để chế tạo ra miếng đo. Cách xử lý nhiệt này chỉ có hiệu quả trong một
tầm nhiệt độ giới hạn nào đó.
Bằng cách dùng cầu Wheatstone ta cũng có thể chế tạo mạch cân bằng nhiệt độ.
Như đã biết, sự thay đổi nhiệt độ của 2 nhánh cầu kề nhau sẽ tự triệt tiêu nên miếng
đo cân bằng D được nối vào mạch cầu Wheatstone với miếng đo A.

Hình 2.6 : Mạch cân bằng nhiệt độ
7


Miếng đo D cũng có cùng tính chất như miếng đo A và cũng được dán lên khối vật
liệu; trong khi dán các miếng đo, khối vật liệu thử nghiệm này không bị chịu một lực
tác động nào. Ngoài ra 2 miếng đo A&D nên được đặt gần với nhau càng tốt; tất cả sự
thay đổi nhiệt độ chung cả hai miếng đo này sẽ được triệt tiêu và nó sẽ tự cân bằng
nhiệt độ.
Sự kết hợp các miếng đo:

Hình 2.7: Mạch kết hợp các miếng đo
Cầu Wheatstone cho phép kết hợp nhiều miếng đo hữu công. Hình trên cho thấy
bốn miếng đo được dán lên thanh mẫu. Khi thanh mẫu bị kéo ra khỏi bởi lực P,
những biến dạng
Độ uốn của thanh mẫu sẽ được cầu Wheatstone cảm nhận vì các miếng đo
1 và 3 ( cũng như 2&4) sẽ cộng các biến dạng có dấu nghịch với nhau và như thế sẽ tự
triệt tiêu theo nhiệt độ. Đây là nguyên lý được dùng thường xuyên trong việc thiết kế
các bộ cảm biến.
3.4. Tra cứu linh kiện điện tử :
3.4.1. Vi điều khiển pic 16F877A


Đặc điểm cơ bản của pic 16F877A:
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx có 40 chân với tập lệnh gồm 35 lệnh có

độ dài 14 bit.


Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock.

 Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns.
 Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu
EEPROM với dung lượng 256x8 byte.
8


 Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.Port A,Port B,Port C,Port D,P


Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:



Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.



Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào
xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.

 Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
 Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.
 Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
 Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
 Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,
WR,CS ở bên ngoài.
 Các đặc tính Analog:
 Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.



Hai bộ so sánh.
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

 Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
 Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.
 Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
 Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming)
thông qua 2 chân.
 Watchdog Timer với bộ dao động trong.
 Chức năng bảo mật mã chương trình.
 Chế độ Sleep.
 Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau
 Các cổng xuất nhập của pic:
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE. Cấu trúc và chức năng của từng cổng xuất nhập sẽ được
đề cập cụ thể trong phần sau.
9


 Port A:
PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin),
nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi
TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta
“set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn
xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển
tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối
với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là
TRISA, đối với PORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là
TRISD và đối với PORTE là TRISE). Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC,
bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao
tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port).
 PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA.
 TRISA (địa chỉ 85h)

: điều khiển xuất nhập.

 CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh.
 CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp.
 Port B:
PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRIS.
Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp
chương trình vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn liên quan đến
ngắt ngoại vi và Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được
điều khiển bởi chươngtrình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:
 PORTB (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB
 TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập
 OPTION_REG (địa chỉ 81h,181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0.
 Port C:
PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISC.
Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ
PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.
10


Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC:
 PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC
 TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.
 Port D:
PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISD
PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).
Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:
 Thanh ghi PORTD : chứa giá trị các pin trong PORTD.
 Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.
 Port E:
PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE.
Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều
khiển
của chuẩn giao tiếp PSP.
Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:
 PORTE

: chứa giá trị các chân trong PORTE.

 TRISE

: điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.

 ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC.
 Chức năng các chân:

Hình 2.8: Sơ đồ chân Pic16F877A
 

11


 Chân OSC1/CLKI (13): là ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ vào nhận
xung clock bên ngoài.
- OSC1: ngõ vào dao động thạch anh hoặc ngõ vào nguồn xung ở bên ngoài.
- CLKI: ngõ vào nguồn xung bên ngoài.
 Chân OSC2/CLKO (14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung clock
- OSC2: ngõ ra dao động thạch anh. Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng.
- CLKO: ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng ¼ tần số của OSC1 và chính là tốc độ
của chu kì lệch.
 Chân MCLR/Vpp (1): có 2 chức năng:
- MCLR: là ngõ vào reset tích cực mức thấp
- Vpp : khi lập trình cho pic thì đóng vai trò là ngõ vào điện áp lập trình.
 Chân RA0/AN0 (2): có 2 chức năng:
- RA0: xuất/ nhập số.
- AN0: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0.
 Chân RA1/AN1 (3):
- RA0: xuất/ nhập số.
- AN0: ngõ vào tương tự của kênh thứ 1.
 Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF (4) :
- RA2: xuất/ nhập số.
- AN2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 2.
- VREF-: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D
- CVREF: điện áp tham chiếu VREF ngõ ra bọ so sánh
 Chân RA3/AN3/VREF+ (5):
- RA3: xuất/ nhập số.
- AN3: ngõ ra tương tự kênh thứ 3.
- VREF+: ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ AD.
 Chân RA4/TOCKI/C1OUT (6):
- RA4: xuất/ nhập số - mở khi được cấu tạo ngõ ra.
- TOCKI: ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer 0.
- C1OUT: ngõ ra bộ so sánh 1.
12


 Chân RA5/AN4/SS/C2OUT (7):
- RA5: xuất/ nhập số.
- AN4: ngõ vào tương tự kênh thứ 4.
- SS: ngõ vào chọn lựa SPI phụ.
- C2OUT: ngõ ra bộ so sánh 2.
 Chân RB0/INT (33):
- RB0: xuất/ nhập số.
- INT: ngõ vào nhận tín hiệu ngắt ngoài.
 Chân RB1 (34): xuất / nhập số.
 Chân RB2 (35): xuất/ nhập số.
 Chân RB3/PGC:
- RB3: xuất/ nhập số.
- Chân cho phép lập trình điện áp thấp ICSP.
 Chân RB4 (37), RB5 (38): xuất/ nhập số.
 Chân RB6/PGC (39):
- RB6: xuất/ nhập số
- PGC: mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP.
 Chân RB7/PGD (40):
- RB7: xuất/ nhập số.
- PGD: mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.
 Chân RC0/T1OCO/T1CKI (15):
- RC0: xuất/ nhập số.
- T1OCO: ngõ vào bộ dao động Timer1.
- T1CKI: ngõ vào xung clock bên ngoài Timer1.
 Chân RC1/T1OSI/CCP2 (16):
- RC1: xuất nhập số.
- T1OSI: ngõ vào bộ dao động Timer1.
- CCP2: ngõ vào Capture2, ngõ ra campare2, ngõ ra PWM2.
 Chân RC2/CCP1 (17):
- RC2: xuất/ nhập số
13


- CCP1: ngõ vào Capture1, ngõ ra compare1, ngõ ra PWM1
 Chân RC3/SCK/SCL (18):
- RC3: xuất/ nhập số.
- DCK: ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra của chế độ SPI.
- SCL: ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra của chế độ I2C.
 Chân RC4/SDI/SDA (23):
-

RC4: xuất/ nhập số.

- SDI: dữ liệu vào SPI.
- SDA: xuất/ nhập dữ liệu I2C
 Chân RC5/SDO (24):
- RC5: xuất/ nhập số.
- SDO: dữ liệu ra SPI.
 Chân RC6/TX/CK (25):
- RC6: xuất/nhập số
- TX: truyền bất đồng bộ USART.
- CK: xung đồng bộ USART.
 Chân RC7/RX/DT (26):
- RC7: xuất/ nhập số
- RX: nhận bất đồng USART.
- DT: dữ liệu đồng bộ USART.
 Chân RD0/PSP0 (19):
- RD0: xuất/ nhập số.
- PSP0: dữ liệu port tới song song.
 Chân RD1/PSP1 (20):
- RD1: xuất/ nhập số.
- PSP1: dữ liệu port tới song song.
 Các chân RD2/PSP2 (21), RD3/PSP3 (22), RD4/PSP (27), RD5/PSP5 (28), RD6/PSP6
(29), RD7/PSP7 (30) tương tự 19, 20.
 Chân RE0/RD/AN5 (8):
- RE0: xuất/ nhập số.
14


- RD: điều khiển đọc port tới song song.
AN5: ngõ vào tương tự 5
 Chân RE1/WR/AN6 (9):
RE1: xuất/ nhập số.
- WR: điều khiển ghi port tới song song.
- AN6: ngõ vào tương tự kênh thứ 6.
 Chân RE2/CS/AN7 (10):
- RE2: xuất/ nhập số.
- CS: chip chọn lựa điều khiển port tới song song.
- AN7: ngõ vào tương tự kênh thứ 7.
 Chân VDD (11,32) và VSS (12,31): là các chân nguồn PIC.
 Bộ chuyển đổi ADC của 16F877A:
ADC (Analog to Digital Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạng tương
tự và số. PIC16F877A có 8 ngõ vào analog (RA4:RA0 và RE2:RE0). Hiệu điện thế
chuẩn VREF có thể được lựa chọn là VDD, VSS hay hiệu điện thể chuẩn được xác lập
trên hai chân RA2 và RA3.
Kết quả chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bit số tương ứng và
được lưu trong hai thanh ghi ADRESH:ADRESL. Khi không sử dụng bộ chuyển đổi
ADC, các thanh ghi này có thể được sử dụng như các thanh ghi thông thường khác.
Khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, kết quả sẽ được lưu vào hai thanh ghi
ADRESH: được xóa về 0 và cờ ngắt ADIF được set.
Sơ đồ khối bộ chuyển đổi ADC:

15


Sơ đồ khối bộ chuyển đổi ADC
Qui trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm các bước sau:
 Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC:
o Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa trên các thông số của thanh ghi
ADCON1)
o Chọn kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0).
o Chọn xung clock cho kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0).
o Cho phép bộ chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADCON0).
 Thiết lập các cờ ngắt cho bộ AD
o Clear bit ADIF.
o Set bit ADIE.
o Set bit PEIE.
o Set bit GIE.
 Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất.
 Bắt đầu quá trình chuyển đổi (set bit GO/DONE ).
 Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách:
o Kiểm tra bit GO/DONE . Nếu GO/DONE =0, quá trình chuyển đổi đã hoàn tất.
o Kiểm tra cờ ngắt.
16


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×