He thong chong trom bang hong ngoai dung vi xu ly

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA

KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ

LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑAÏI HOÏC

HEÄ THOÁNG BAÙO TROÄM BAÈNG HOÀNG NGOAÏI DUØNG VI XÖÛ LYÙ

SVTH: MSSV: CBHD: Th.S HOÀ TRUNG MYÕ BOÄ MOÂN: ÑIEÄN TÖÛ

TP Hoà Chí Minh, 06/2007

Bản quyền thuộc về Goccay.vn i

LÔØI CAÛM ÔN

Trong suoát khoùa hoïc (2002 - 2007) taïi Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa TP.HCM,

vôùi söï giuùp ñôõ cuûa quùy thaày coâ vaø giaùo vieân höôùng daãn veà moïi maët töø nhieàu phía

vaø nhaát laø trong thôøi gian thöïc hieän ñeà taøi, neân ñeà taøi ñaõ ñöôïc hoaøn thaønh ñuùng

thôøi gian qui ñònh. Em xin chaân thaønh caûm ôn ñeán :

Boä moân Ñieän töû cuøng taát caû quùy thaày coâ trong Khoa Ñieän – Ñieän töû ñaõ giaûng

daïy nhöõng kieán thöùc chuyeân moân laøm cô sôû ñeå thöïc hieän toát luaän vaên toát nghieäp vaø

ñaõ taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho em hoaøn taát khoùa hoïc.

Ñaëc bieät, Th.s. Hoà Trung Myõ – giaùo vieân höôùng daãn ñeà taøi ñaõ nhieät tình

giuùp ñôõ vaø cho em nhöõng lôøi chæ daïy quùy baùu, giuùp em ñònh höôùng toát trong khi

thöïc hieän luaän vaên.

Taát caû baïn beø ñaõ giuùp ñôõ vaø ñoäng vieân trong suoát quaù trình laøm luaän vaên toát

nghieäp.

Tuy nhieân, thôøi gian laøm luaän vaên coù haïn neân quyeån luaän vaên khoâng traùnh

khoûi nhöõng thieáu soùt raát mong ñöôïc söï ñoùng goùp cuûa quùy thaày coâ vaø caùc baïn.

Bản quyền thuộc về Goccay.vn ii

TOÙM TAÉT

Heä thoáng baùo troäm baèng hoàng ngoaïi duøng Vi xöû lyù laø moät heä thoáng khaù hoaøn chænh vôùi caùc chöùc naêng sau:

1. Phaùt hieän troäm ñoät nhaäp Ñöôïc thieát keá vôùi 5 caëp thu phaùt hoàng ngoaïi coù caùc taàn soá khaùc nhau. Khi

chöa coù troäm ñoät nhaäp che phaàn thu phaùt thì ñeøn baùo doø ñuùng taàn soá phaùt ôû phaàn thu seõ saùng vaø caáp tín hieäu möùc 1 cho phaàn vi xöû lyù thoâng qua board 4N35 vì ñieän aùp caáp töø phaàn thu lôùn hôn 5V.

Khi coù troäm ñoät nhaäp che khuaát moät trong caùc caëp thu phaùt hoaëc che 2 caëp, 3 caëp, 4 caëp, 5 caëp thì led baùo phaàn thu ôû caùc vò trí seõ taét vaø caáp möùc ñieän aùp thaáp (möùc 0) vaøo vi xöû lyù thoâng qua board 4N35.

2. Xöû lyù xuaát tín hieäu baùo ñoäng vaø hieån thò vò trí xuaát hieän troäm

Khi coù caùc tín hieäu töø phaàn thu taùc ñoäng vaøo, caùc tín hieäu naøy seõ laàn löôït ñöôïc ñöa vaøo caùc chaân töø P1.0 – P1.4 cuûa vi ñieàu khieån baùo cho vi ñieàu khieån bieát laø coù troäm ñoät nhaäp. Luùc naøy vi ñieàu khieån seõ ra leänh cho chaân P1.7 leân möùc 1 ñeå taùc ñoäng qua transistor ñoùng relay baùo chuoâng vaø ñoàng thôøi xuaát döõ lieäu ra port 0 ñeå hieån thò vò trí coù xuaát hieän troäm ra LCD vaø giöõ hieån thò vò trí xuaát hieän troäm vaø chuoâng baùo cho ñeán khi ta taét heä thoáng thì chuoâng vaø tín hieäu hieån thò seõ taét

Khi coù troäm che ôû caëp thu phaùt 1 thì LCD hieån thò “Coù tín hieäu ôû: 1”, neáu che ôû caëp thu phaùt 2 thì LCD hieån thò “Coù tín hieäu ôû: 2”, neáu che ôû caëp thu phaùt 3 thì LCD hieån thò “Coù tín hieäu ôû: 3”, neáu che ôû caëp thu phaùt 4 thì LCD hieån thò “Coù tín hieäu ôû: 4”, neáu che ôû caëp thu phaùt 5 thì LCD hieån thò “Coù tín hieäu ôû: 5”. Neáu bò che ôû 2 vò trí hoaëc 3 hoaëc 4 hoaëc 5 thì LCD laàn löôït hieån thò leân maøn hình caùc trò trí bò che.

Neáu khoâng bò che thì khoâng coù tín hieäu taùc ñoäng vaøo vaø vi ñieàu khieån seõ xuaát tín hieäu möùc 0 caáp cho transistor ñieàu khieån relay taét vaø xuaát tín hieäu ra LCD: “Khoâng coù tín hieäu”.

Bản quyền thuộc về Goccay.vn iv

MUÏC LUÏC Nhieäm vuï luaän vaên Lôøi caûm ôn......................................................................................................................... i Toùm taét .............................................................................................................................. ii Muïc luïc.............................................................................................................................. iii

CHÖÔNG 1: TOÅNG QUAN............................................................................................ 1

CHÖÔNG 2: NGUYEÂN TAÉC IR PHAÙT HIEÄN VAÄT CAÛN ....................................... 3 2.1 Nguyeân taéc thu phaùt soùng hoàng ngoaïi ....................................................................... 3

2.1.1 Khaùi nieäm veà tia hoàng ngoaïi ......................................................................... 3 2.1.2 Nguoàn phaùt soùng hoàng ngoaïi vaø phoå cuûa noù ................................................ 3 2.1.3 Nguyeân taéc IR phaùt hieän vaät caûn................................................................... 5

2.1.4 YÙ töôûng boá trí phaàn thu phaùt ñeå phaùt hieän vaät caûn ...................................... 6 2.2 Khoái thu phaùt tín hieäu hoàng ngoaïi ............................................................................. 7

2.2.1 Caáu taïo, nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa Led hoàng ngoaïi ..................................... 7 2.2.2 Photo diode ..................................................................................................... 7 2.2.2.1 Khaùi quaùt................................................................................................... 7 2.2.2.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng ................................................................................ 9 2.2.2.3 Cheá ñoä hoaït ñoäng ..................................................................................... 11 2.2.2.4 Ñoä nhaïy..................................................................................................... 14

2.3 Khoái dao ñoäng............................................................................................................. 15 2.3.1 Khoái dao ñoäng phaàn phaùt (IC 555)................................................................ 15 2.3.2 Khoái dao ñoäng phaàn thu (IC 567).................................................................. 18

2.4 Khoái xöû lyù.................................................................................................................... 23 2.4.1 Giôùi thieäu caáu truùc phaàn cöùng 8051 .............................................................. 23 2.4.2 Caáu truùc beân trong 8051................................................................................. 26 2.4.3 Hoaït ñoäng thanh ghi Timer............................................................................ 33 2.4.4 Ngaét................................................................................................................. 37

2.5 Maøn hình hieån thò LCD............................................................................................... 39

CHÖÔNG 3: THIEÁT KEÁ PHAÀN CÖÙNG ...................................................................... 45

3.1 Thieát keá heä thoáng thu phaùt ......................................................................................... 45 3.2 Thieát keá maïch phaùt..................................................................................................... 46 3.2.1 Thieát keá sô ñoà maïch....................................................................................... 46 3.2.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng...................................................................................... 46 3.2.3 Tính toaùn vaø thieát keá ...................................................................................... 48 3.3 Thieát keá maïch thu....................................................................................................... 53

Bản quyền thuộc về Goccay.vn iv

3.3.1 Thieát keá sô ñoà maïch....................................................................................... 53 3.3.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng...................................................................................... 53 3.3.3 Tính toaùn vaø thieát keá ...................................................................................... 54 3.4 Thieát keá maïch vi xöû lyù vaø hieån thò ............................................................................ 63 3.4.1 Thieát keá sô ñoà nguyeân lyù ............................................................................... 63 3.4.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng...................................................................................... 64 3.4.3 Tính toaùn vaø thieát keá ...................................................................................... 65 3.5 Thieát keá maïch nguoàn.................................................................................................. 67 3.5.1 Thieát keá sô ñoà nguyeân lyù ............................................................................... 67 3.5.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng...................................................................................... 67

CHÖÔNG 4: THIEÁT KEÁ PHAÀN MEÀM ........................................................................ 68

4.1 Löu ñoà giaûi thuaät......................................................................................................... 68 4.1.1 Giaûi thuaät chöông trình chính ........................................................................ 68 4.1.2 Giaûi thuaät chöông trình con kieåm tra tín hieäu ñaàu vaøo................................. 70 4.1.3 Giaûi thuaät chöông trình con delay ................................................................. 71 4.2 Chöông trình................................................................................................................ 72

CHÖÔNG 5: THI COÂNG VAØ KEÁT QUAÛ THI COÂNG................................................ 81

CHÖÔNG 6: KEÁT LUAÄN VAØ HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN ÑEÀ TAØI .............................. 83

6.1 Keát luaän....................................................................................................................... 83 6.2 Höôùng phaùt trieån ñeà taøi .............................................................................................. 83

Taøi lieäu tham khaûo............................................................................................................ 85

Chöông 1: Toång quan

Bản quyền thuộc về Goccay.vn 1

CHÖÔNG 1

TOÅNG QUAN

Ngaøy nay, vieäc phaùt hieän keû troäm ñoät nhaäp vaøo nhaø, vaøo caùc kho chöùa haøng, vaøo caùc ngaân haøng, nhöõng nôi caát nhöõng taøi saûn quí hieám, nhöõng taøi lieäu maät . . .laø raát caàn thieát ñoái vôùi moïi ngöôøi daân, caùc cô quan chöùc naêng, caùc ngaân haøng …

Khoâng chæ caùc coâng ty lôùn hoaëc ngaân haøng môùi cho laép ñaët maø ngay caû ngöôøi daân vôùi thu nhaäp khaù cuõng baét ñaàu ñeå yù ñeán caùc loaïi thieát bò naøy.

Ñôøi soáng daân cö ngaøy moät naâng cao, ngoaøi vieäc chaêm lo ñeán aên maëc, phöông tieän ñi laïi, ngöôøi ta coøn ñaëc bieät quan taâm ñeán an ninh cho gia ñình. Caùc thieát bò choáng troäm vì theá ñöôïc söû duïng ngaøy caøng roäng raõi.

Thoâng thöôøng khi chuùng ta ñuïng chuyeän môùi quan taâm ñeán vieäc baûo veä an toaøn cho gia ñình mình ñieàu ñoù laø quaù treå vì vaäy vieäc baûo veä taøi saûn vaø tính maïng cuûa baûn thaân vaø gia ñình cuûa mình phaûi laø öu tieân haøng ñaàu vaø thöôøng xuyeân cuûa moãi gia ñình chuùng ta. Ngoaøi vieäc thöôøng xuyeân phaûi neâu cao caûnh giaùc thì vieäc trang bò cho gia ñình nhöõng thieát bò choáng troäm cuõng laø moät giaûi phaùt toát .

Thieát bò choáng troäm thoâng thöôøng goàm : Baùo ñoäng coù daây vaø khoâng daây tuy nhieân chuùng ta neân söû duïng loaïi khoâng daây vì seõ taïo myõ quan cho ngoâi nhaø cuûa chuùng ta hôn. Thieát bò naøy goàm nhöõng boä phaän chính sau:

1- Boä phaùt hieän vaät caûn ( SENSOR)

Ñaây laø moät thieát bò söû duïng tia hoàng ngoaïi phaùt hieän troäm ñoät nhaäp vaøo nhaø ñoä xa baûo veä cuûa noù thöôøng laø 3m -6m chuùng ta thöôøng söû duïng thieát bò naøy ôû nhöõng khu vöïc nhö saân thöôïng, saân vöôøn, gara, haønh lang hoaëc nhöõng khu vöïc troáng. Khi coù ngöôøi ñi vaøo khu vöïc naøy boä phaùt hieän vaät caûn seõ chuyeån tín hieäu veà Boä ñieàu khieån trung taâm vaø nôi ñoùseõ phaùt ra tín hieäu baùo ñoäng

2- Boä ñieàu khieån trung taâm :

Ñaây laø thieát bò ñeå thu nhaän nhöõng tín hieäu töø caùc thieát bò phaùt hieän vaät caûn. Baùo ñoäng cho ngöôøi nhaø bieát qua coøi huï vaø hieån thò vò trí coù vaät caûn xuaát hieän ñeå tieän cho vieäc baét teân troäm.



Xuaát phaùt töø nhöõng yù töôûng vaø tình hình thöïc teá nhö treân, neân em choïn ñeà taøi “Heä thoáng baùo troäm baèng hoàng ngoaïi duøng Vi xöû lyù” cho luaän vaên toát nghieäp cuûa mình.

Vôùi ñeà taøi “Heä thoáng baùo troäm baèng hoàng ngoaïi duøng Vi xöû lyù” goàm 6 chöông:


Giôùi thieäu veà nhöõng kyõ thuaät vaø öùng duïng cuûa maïch choáng troäm vaøo cuoäc soáng, ñaëc bieät laø vieäc öùng duïng vi xöû lyù ñeå xöû lyù caùc tín hieäu vaøo.

Chöông 2: Nguyeân taéc IR phaùt hieän vaät caûn

Trình baøy nguyeân taéc thu phaùt hoàng ngoaïi, nguyeân taéc IR phaùt hieän vaät caûn, sô ñoà khoái cuûa toaøn boä heä thoáng choáng troäm

Chöông 3: Thieát keá phaàn cöùng

Trình baøy söï thieát keá sô ñoà phaàn phaùt, phaàn thu, phaàn doø taàn, phaàn xöû lyù vaø phaàn hieån thò töø caùc phaàn treân ta keát hôïp laïi vôùi nhau taïo thaønh moät heä thoáng hoaït ñoäng hoaøn chænh ñeå thi coâng maïch

Chöông 4: Thieát keá phaàn meàm

Trình baøy giaûi thuaät vaø chöông trình xöû lyù cuûa heä thoáng.

Chöông 5: Phaàn thi coâng vaø keát quaû thi coâng

Neâu caùc böôùc thi coâng maïch keát quaû cuûa maïch

Chöông 6: Keát luaän vaø kieán nghò

Trình baøy nhöõng keát luaän vaø kieán nghò lieân quan ñeán ñeà taøi.

Mong raèng heä thoáng choáng troäm baèng hoàng ngoaïi duøng vi xöû lyù maø em thöïc hieän seõ ñöôïc môû roäng theo nhieàu höôùng hoaøn chænh hôn, öùng duïng roäng raõi trong thöïc teá ñeå ngaøy caøng caûi thieän ñôøi soáng vaät chaát , tinh thaàn vaø sinh hoaït cuûa con ngöôøi. Goùp phaàn vaøo söï phaùt trieån chung cuûa xaõ hoäi vaø ñaát nöôùc.

Chöông 2 : Nguyeân taéc IR phaùt hieän vaät caûn


CHÖÔNG 2 NGUYEÂN TAÉC IR PHAÙT HIEÄN VAÄT CAÛN

2.1 NGUYEÂN TAÉC THU PHAÙT SOÙNG HOÀNG NGOAÏI

2.1.1 Khaùi nieäm veà tia hoàng ngoaïi:

Aùnh saùng hoàng ngoaïi (tia hoàng ngoaïi) laø aùnh saùng khoâng theå nhìn thaáy ñöôïc baèng maét thöôøng, coù böôùc soùng khoaûng 0,8µm ñeán 0.9µm, tia hoàng ngoaïi coù vaän toác truyeàn baèng vaän toác aùnh saùng.

Tia hoàng ngoaïi coù theå truyeàn ñi ñöôïc nhieàu keânh tín hieäu. Noù öùng duïng roäng raõi trong coâng nghieäp. Löôïng thoâng tin coù theå ñaït ñöôïc 3Mbit/s… Trong kyõ thuaät truyeàn tin baèng sôïi quang daãn khoâng caàn caùc traïm khueách ñaïi giöõa chöøng, ngöôøi ta coù theå truyeàn cuøng moät luùc 15000 ñieän thoaïi hay 12 keânh truyeàn hình qua moät sôïi tô quang vôùi ñöôøng kính 0,13 mm vôùi khoaûng caùch 10Km ñeán 20 Km. Löôïng thoâng tin ñöôïc truyeàn ñi vôùi aùnh saùng hoàng ngoaïi lôùn gaáp nhieàu laàn so vôùi soùng ñieän töø maø ngöôøi ta vaãn duøng.

Tia hoàng ngoaïi deã bò haáp thuï, khaû naêng xuyeân thaáu keùm. Trong ñieàu khieån töø xa chuøm tia hoàng ngoaïi phaùt ñi heïp, coù höôùng do ñoù khi thu phaûi ñuùng höôùng.

2.1.2 Nguoàn phaùt soùng hoàng ngoaïi vaø phoå cuûa noù:

Caùc nguoàn soùng nhaân taïo thöôøng chöùa nhieàu soùng hoàng ngoaïi. Hình döôùi cho ta quang phoå cuûa caùc nguoàn phaùt saùng naøy.



IRED : Diode hoàng ngoaïi. LA : Laser baùn daãn . LR : Ñeøn huyønh quang. Q : Ñeøn thuûy tinh. W : Boùng ñeøn ñieän vôùi daây tieâm wolfram. PT : Phototransistor.

Phoå cuûa maét ngöôøi vaø phototransistor(PT) cuõng ñöôïc trình baøy ñeå so saùnh. Ñeøn thuûy ngaân gaàn nhö khoâng phaùt tia hoàng ngoaïi. Phoå cuûa ñeøn huyønh quang bao goàm caùc ñaëc tính cuûa caùc loaïi khaùc. Phoå cuûa phototransistor khaù roäng. Noù khoâng nhaïy trong vuøng aùnh saùnh thaáy ñöôïc, nhöng noù cöïc ñaïi ôû ñænh phoå cuûa LED hoàng ngoaïi.

Soùng hoàng ngoaïi coù nhöõng ñaëc tính quang hoïc gioáng nhö aùnh saùnh (söï hoäi tuï qua thaáu kính, tieâu cöïc…). AÙnh saùng vaø soùng hoàng ngoaïi khaùc nhau raát roõ trong söï xuyeân suoát qua vaät chaát. Coù nhöõng vaät maét ta thaáy “phaûn chieáu saùng” nhöng ñoái vôùi tia hoàng ngoaïi noù laø nhöõng vaät “phaûn chieáu toái”. Coù nhöõng vaät ta thaáy noù döôùi moät maøu xaùm ñuïc nhöng vôùi aùnh saùng hoàng ngoaïi noù trôû neân trong suoát. Ñieàu naøy giaûi thích taïi sao LED hoàng ngoaïi coù hieäu suaát cao hôn so vôùi LED cho maøu xanh laù caây, maøu ñoû… Vì raèng, vaät lieäu baùn daãn “trong suoát” ñoái vôùi aùnh saùng hoàng ngoaïi, tia hoàng ngoaïi khoâng bò yeáu ñi khi noù phaûi vöôït qua caùc lôùp baùn daãn ñeå ñi ra ngoaøi. Khoâng nhö aùnh saùng, hoàng ngoaïi khoâng bò khoùi, buïi laøm suy giaûm coâng suaát.

Hình 2.1 Quang phoå cuûa caùc nguoàn saùng



Ñôøi soáng cuûa LED hoàng ngoaïi daøi ñeán 100.000 giôø (hôn 11 naêm!), LED hoàng ngoaïi khoâng phaùt saùng cho lôïi ñieåm trong caùc thieát bò kieåm soaùt vì khoâng gaây söï chuù yù.

2.1.3 Nguyeân taéc IR phaùt hieän vaät caûn

Ñeå phaùt hieän coù ngöôøi ñi qua thì caûm bieán phaûi coù phaàn phaùt vaø phaàn thu. Phaàn phaùt phaùt ra aùnh saùng hoàng ngoaïi vaø phaàn thu haáp thuï aùnh saùng hoàng ngoaïi vì aùnh saùng hoàng ngoaïi coù ñaëc ñieåm laø ít bò nhieãu so vôùi caùc loaïi aùnh saùng khaùc. Hai phaàn phaùt vaø thu hoaït ñoäng vôùi cuøng taàn soá. Khi coù ngöôøi ñi qua giöõa phaàn phaùt vaø phaàn thu, aùnh saùng hoàng ngoaïi bò che phaàn thu seõ khoâng nhaän ñöôïc tín hieäu töø phaàn phaùt nhö theá taïo ra moät tín hieäu taùc ñoäng tôùi boä phaän xöû lyù. Vaäy phaàn phaùt vaø phaàn thu phaûi coù nguoàn taïo dao ñoäng. Phaàn dao ñoäng taùc ñoäng tôùi coâng taéc ñoùng ngaét cuûa nguoàn phaùt vaø nguoàn thu aùnh saùng. Coù nhieàu linh kieän phaùt vaø thu aùnh saùng hoàng ngoaïi nhöng em choïn led hoàng ngoaïi vaø photodiode laø linh kieän phaùt vaø thu

vì photodiode laø linh kieän raát nhaïy vôùi aùnh saùng hoàng ngoaïi. Boä phaän taïo dao ñoäng coù theå duøng maïch LC, coång logic, hoaëc IC dao ñoäng. Vôùi vieäc söû duïng IC chuyeân duøng taïo dao ñoäng, boä taïo dao ñoäng seõ trôû neân ñôn giaûn hôn vôùi taàn soá phaùt vaø thu

Vì tín hieäu ôû ngoõ ra photodiode raát nhoû neân caàn coù maïch khuyeách ñaïi tröôùc khi ñöa ñeán boä taïo dao ñoäng. Em duøng Transistor ñeå khueách ñaïi tín hieäu leân ñuû lôùn. Vaäy sô ñoà khoái cuûa phaàn phaùt vaø phaàn thu laø:

KHOÁI DAO ÑOÄNG

KHUEÁCH ÑAÏI

Hình 2.2 Sô ñoà khoái phaàn phaùt vaø phaàn thu

KHOÁI DAO ÑOÄNG

KHUYEÁCH ÑAÏI

PHOTODIODE KHOÁI XÖÛ LYÙ

HIEÅN THÒ



2.1.4 YÙ töôûng boá trí phaàn thu phaùt ñeå phaùt hieän vaät caûn

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

HEÄ THOÁNG PHAÀN PHAÙT

HEÄ THOÁNG PHAÀN THU



2.2 KHOÁI THU PHAÙT TÍN HIEÄU HOÀNG NGOAÏI

2.2.1 Caáu taïo, nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa led hoàng ngoaïi:

Led ñöôïc caáu taïo töø GaAs vôùi vuøng caám coù ñoä roäng laø 1.43eV töông öùng böùc xaï 900nm. Ngoaøi ra khi pha taïp Si vôùi nguyeân vaät lieäu GaAlAs, ñoä roäng vuøng caám coù theå thay ñoåi. Vôùi caùch naøy, ngöôøi ta coù theå taïo ra daûi soùng giöõa 800 - 900nm vaø do ñoù taïo ra söï ñieàu höôûng sao cho led hoàng ngoaïi phaùt ra böôùc soùng thích hôïp nhaát cho ñieåm cöïc ñaïi cuûa ñoä nhaïy caùc boä thu.

Hoaït ñoäng: khi moái noái p - n ñöôïc phaân cöïc thuaän thì doøng ñieän qua noái lôùn vì söï daãn ñieän laø do haït taûi ña soá, coøn khi moái noái ñöôïc phaân cöïc nghòch thì chæ coù doøng ræ do söï di chuyeån cuûa caùc haït taûi thieåu soá. Nhöng khi chieáu saùng vaøo moái noái, doøng ñieän nghòch taêng leân gaàn nhö tyû leä vôùi quang thoâng trong luùc doøng thuaän khoâng taêng. Ñaëc tuyeán volt – ampere cuûa led hoàng ngoaïi nhö sau:

2.2.2 Photo diode

2.2.2.1. Khaùi quaùt

Vôùi hieäu öùng quang ñieän, ta coù söï phaùt sinh moät ñieän aùp ôû lôùp chuyeån tieáp p-n, khi lôùp chuyeån tieáp naøy ñöôïc chieáu saùng. Cuõng nhö trong maïch toå hôïp vaät lieäu ñeå cheá taïo photodiode laø silic. Nhöng ñeå cheá taïo photodiode ta caàn silic coù ñoä saïch cao hôn. Ñieän trôû caøng cao thì silic caøng saïch. Vaät lieäu silic duøng ñeå cheá taïo linh kieän ñieän töû coù ñoä daãn ñieän töø 10 ñeán 10.000 Ohm/cm.

ϕ = 4

ϕ = 3

ϕ = 2

ϕ = 1

ϕ = 0

U(V)

I(A)

Hình 2.3 Ñaëc tuyeán V – A cuûa Led hoàng ngoaïi



Photodiode ñöôïc duøng vôùi maïch khueách ñaïi coù toång trôû cao vaø coù caùc ñaëc tính:

- Raát tuyeán tính - Ít nhieãu - Thang taàn soá roäng - Nheï, coù söùc beàn cô hoïc cao vaø coù ñôøi soáng daøi

Vôùi caùc ñaëc tính treân photodiode ñöôïc duøng ñeå laøm detector söï hieän dieän, cöôøng ñoä, vò trí vaø maøu saéc aùnh saùng. Neáu ta noái moät ñieän theá ngöôïc (H 2.4) vôùi moät diode silic baát kyø, chæ coù moät doøng ñieän roø raát beù chaïy qua diode vaø ñieän aùp ôû R1 gaàn baèng 0. Nhöng neáu voû cuûa diode naøy ñöôïc boùc di caån thaän, vuøng chuyeån tieáp p-n cuûa diode ñöôïc phôi traàn döôùi aùnh saùng, doøng ñieän ngöôïc chaïy qua diode taêng cao ñeán khoaûng 1mA vaø cho ta moät tín hieäu ñaùng keå ôû R1. Taát caû caùc lôùp chuyeån tieáp p-n cuûa diode ñeàu nhaïy saùng.

Photodiode khoâng nhaïy saùng baèng moät quang trôû loaïi Cadmium – sulfide nhöng noù laøm vieäc nhanh gaáp nhieàu laàn.

R1R

D1

PHOTODIODE

VCC

Moät photodiode coù hai cöïc: catod vaø anod. Noù coù ñieän trôû beù khi ñieän theá ôû

anod döông vaø ñieän trôû khaù lôùn khi anod coù ñieän theá aâm (ñieän theá ngöôïc). Thoâng thöôøng photodiode laøm vieäc vôùi ñieän theá ngöôïc.

Maét con ngöôøi nhaïy saùng nhaát vôùi ñoä daøi soùng 550 nm, ñoù laø maøu xanh laù caây. Ñoái vôùi aùnh saùng cöïc tím vaø hoàng ngoaïi ñoâi maét con ngöôøi coù ñoä nhaïy raát keùm. Caùc photodiode coù ñoä nhaïy ôû vuøng saùng thaáy ñöôïc coù quang phoå heïp hôn quang phoå con maét. Photodiode hoàng ngoaïi coù ñoä nhaïy cao nhaát ôû vuøng

1000nmλ ≈ . Hai loaïi photodiiode Si vaø Ge che laáp moät vuøng quang phoå keùo daøi töø 300 ñeán 1800 nm. Chæ coù photodiode loaïi Si laø quan roïng nhaát. Noù nhaïy vôùi aùnh

Vout

Hình 2.4 Photodiode laøm vieäc vôùi ñieän theá ngöôïc



saùng thaáy ñöôïc vaø ñoä nhaïy cöïc ñaïi cuûa noù naèm trong vuøng hoàng ngoaïi gaàn, raát thích hôïp cho kyõ thuaät ñieàu khieån töø xa vôùi Led vaät lieäu GaAs . . .

2.2.2.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng

Söï tieáp xuùc cuûa hai baùn daãn loaïi n vaø loaïi p (chuyeån tieáp P-N) taïo neân vuøng ngheøo haït daãn bôûi vì ôû ñoù toàn taïi moät ñieän tröôøng vaø hình thaønh haøng raøo theá Vb

Hình 2.5 Chuyeån tieáp P – N vaø haøng raøo theá cuûa noù

Khi khoâng coù ñieän theá beân ngoaøi ñaët leân chuyeån tieáp (V = 0), doøng dieän qua chuyeån tieáp I = 0. Thöïc teá I chính laø doøng toång coäng cuûa hai doøng ñieän baèng nhau vaø ngöôïc chieàu:

- Doøng do khueách taùn haït daãn cô baûn sinh ra khi ion hoaù taïp chaát (loã troáng trong baùn daãn loaïi P vaø ñieän töû trong baùn daãn loaïi N). Naêng löôïng nhieät cuûa caùc haït daãn cô baûn ñuû lôùn ñeå coù theå vöôït qua haøng raøo theá.

- Doøng haït daãn khoâng cô baûn (do keát quaû cuûa söï hình thaønh caùc caëp khi coù söï kích thích nhieät: ñieän töû trong baùn daãn loaïi P vaø loã troáng trong baùn daãn loaïi N), chuùng chuyeån ñoäng döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng trong vuøng ngheøo.

Khi ñaët ñieän aùp Vd leân diode, chieàu cao cuûa haøng raøo theá seõ thay ñoåi keùo theo söï thay ñoåi cuûa ñoøng haït daãn cô baûn vaø beà roäng vuøng ngheøo. Ñieän aùp Vd seõ xaùc ñònh ñoøng ñieän chaïy qua chuyeån tieáp:



.exp[ ]qVd

I Io IokT

= − (2.1)

Trong ñoù Io laø doøng haït daãn khoâng cô baûn.

Khi ñieän aùp ngöôïc ñuû lôùn (Vd << -kT/q = -26mV ôû 3000K), chieàu cao cuûa haøng raøo theá lôùn ñeán möùc doøng khueách taùn haït daãn cô baûn trôû neân raát nhoû coù theå boû qua vaø chæ coøn laïi doøng haït daãn khoâng cô baûn, daây chính laø doøng ngöôïc Ir cuûa diode, Ir=Io.

Khi chieáu saùng diode baèng böùc xaï coù böôùc soùng nhoû hôn böôùc soùng ngöôõng ( sλ λ< ), seõ xuaát hieän theâm caùc caëp ñieän töû – loã troáng. Ñeå caùc haït daãn naøy coù theå tham gia vaøo ñoä daãn vaø laøm taêng doøng I, caàn phaûi ngaên caûn quaù trình taùi hôïp cuûa chuùng töùc laø phaûi nhanh choùng taùch caëp ñieän töû – loã troáng döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng. Ñieàu naøy chæ coù theå xaûy ra trong vuøng ngheøo vaø söï chuyeån dôì cuûa caùc ñieän tích ñoù (cuøng höôùng vôùi höôùng chuyeån ñoäng cuûa caùc haït daãn khoâng cô baûn) keùo theo söï gia taêng cuûa doøng ngöôïc Ir.

Hình 2.6 Hieäu öùng quang ñieän trong vuøng ngheøo cuûa chuyeån tieáp P - N

Ñieàu quan troïng laø aùnh saùng phaûi ñaït tôùi vuøng ngheøo sau khi ñaõ ñi qua moät beà daøy ñaùng keå cuûa chaát baùn daãn vaø tieâu hao naêng löôïng khoâng nhieàu. Caøng ñi saâu vaøo chaát baùn daãn thoâng löôïng φ caøng giaûm:

φ (x) = φ 0e-α X (2.2)

Trong ñoù α ~105 cm-1 töông öùng vôùi söï giaûm 63% thoâng löôïng khi ñi qua beà daày baèng 103 Å.



Treân thöïc teá phieán baùn daãn ñöôïc laøm raát moûng ñeå söû duïng naêng löôïng aùnh saùng moät caùch höõu hieäu nhaát, ñoàng thôøi vuøng ngheøo cuõng phaûi ñuû roäng ñeå söï haáp thuï ôû ñoù laø cöïc ñaïi.

2.2.2.3 Cheá ñoä hoaït ñoäng

2.2.2.3.1 Cheá ñoä quang daãn

VR

PHOTODIODE

Vd

0

Rm

Es

Sô ñoà laép raùp cô baûn goàm moät nguoàn Es phaân cöïc ngöôïc diode vaø moät ñieän trôû Rm ñeå ño tín hieäu (H ). Giaû söû ñaët ñieän aùp Vd < 0 leân diode (diode phaân cöïc ngöôïc), doøng ngöôïc Ir chaïy qua diode ñöôïc bieåu dieãn bôûi bieåu thöùc:

.exp[ ]qVd

Ir Io Io IpkT

= − + + (2.3)

Trong ñoù Ip laø doøng quang ñieän hình thaønh khi aùnh saùng ñaït tôùi vuøng ngheøo sau khi ñi qua beà daày X:



0

(1 )exp( )

q RIp X

hc

η λφ α

−= − (2.4)

Hình 2.7 Ñaëc tröng I-V öùng vôùi nhöõng thoâng löôïng khaùc nhau

Khi ñieän aùp ngöôïc ñaït giaù trò ñuû lôùn , thaønh phaàn exp cuûa (2.3) tieán tôùi 0 vaø ta coù:

Ir = Io + Ip (2.5)

Nghóa laø Ir ≈ Ip (2.6) Phöông trình maïch ñieän: Es = VR – Vd (2.7) Trong ñoù VR = Rm.Ir cho pheùp veõ ñöôøng thaúng taûi ∆ (H2.7 )

Es VdIr

Rm Rm= + (2.8)

Ñieåm laøm vieäc Q cuûa diode laø ñieåm giao nhau giöõa ñöôøng taûi ∆ vaø ñöôøng ñaëc tuyeán I-V vôùi thoâng löôïng töông öùng. Cheá ñoä laøm vieäc naøy laø tuyeán tính, VR tyû leä vôùi thoâng löôïng.

2.2.2.3.2 Cheá ñoä quang theá

Trong cheá ñoä naøy khoâng cho ñieän aùp ngoaøi ñaët vaøo diode. Diode hoaït ñoäng nhö boä chuyeån ñoåi naêng löôïng töông ñöông vôùi moät maùy phaùt vaø ngöôøi ta ño theá hôû maïch Voc hoaëc ño doøng ngaén maïch Isc.

Ño theá hôû maïch Voc:



Söï taêng Ip cuûa doøng haït daãn khoâng cô baûn khi chieáu saùng seõ laøm chieàu cao haøng raøo theá giaûm ñi moät löôïng ∆Vb (do coù söï phaân chia haït taûi). Söï giaûm chieàu cao haøng raøo theá naøy laøm cho doøng haït daãn cô baûn taêng leân ñeå ñaûm baûo caân baèng giöõa hai doøng haït daãn cô baûn vaø khoâng cô baûn sao cho Ir = 0, nghóa laø:

exp[ ] 0q Vb

Io Io IpkT

∆− + + = (2.9)

Töø ñaây ruùt ra: ln[1 ]kT Ip

Vbq Io

∆ = + (2.10)

Vôùi Ip ñöôïc bieåu dieãn bôûi coâng thöùc (2.4)

Söï giaûm chieàu cao ∆Vb cuûa haøng raøo theá coù theå ñaùnh giaù ñöôïc neáu ño ñieän aùp giöa hai ñaàu cuûa diode trong cheá ñoä hôû maïch:

ln[1 ]kT Ip

Vocq Io

= + (2.11)

Khi chieáu saùng yeáu, Ip << Io vaø

kT IpVoc

q Io= (2.12)

Trong tröôøng hôïp naøy Voc nhoû (kT/q = 26mV ôû 3000K) nhöng phuï thuoäc tuyeán tính vaøo thoâng löôïng.

Khi chieáu saùng maïnh, Ip >> Io vaø ta coù:

lnkT Ip

Vocq Io

= (2.13)

Trong tröôøng hôïp naøy Voc coù giaù trò töông ñoái lôùn (0,1 – 0,6V) nhöng söï phuï thuoäc cuûa Voc vaøo thoâng löôïng coù daïng haøm logarit (H 2.8 )



Hình 2.8 Söï phuï thuoäc cuûa theá hôû maïch vaøo thoâng löôïng

Ño doøng ngaén maïch Isc:

Khi noái ngaén maïch hai ñaàu cuûa diode baèng moät ñieän trôû Rm nhoû hôn ñieän trôû ñoäng rd cuûa chuyeån tieáp, doøng ñoaûn maïch chính baèng doøng Ip vaø tyû leä vôùi thoâng löôïng (H 2.9)



Hình 2.9 Söï phuï thuoäc cuûa doøng Isc vaøo thoâng löôïng khi diode ôû cheá ñoä ngaén maïch

Ñaëc ñieåm quan troïng cuûa cheá ñoä laøm vieäc naøy cuûa diode laø khoâng coù doøng toái. Thöïc vaäy, khi khoâng coù nguoàn ñieän phaân cöïc beân ngoaøi thì seõ khoâng coù doøng toái chaïy qua diode. Nhö vaäy coù theå giaûm nhieãu (Schottky) vaø cho khaû naêng ño thoâng löôïng raát nhoû.

2.2.2.4 Ñoä nhaïy

Ñoái vôùi böùc xaï coù phoå xaùc ñònh, doøng quang ñieän Ip tyû leä tuyeán tính vôùi thoâng löôïng trong moät khoaûng thoâng löôïng töông ñoái roäng, côõ 5 – 6 decad. Ñoä nhaïy phoå ñöôïc xaùc ñònh nhhö sau:

(1 ) exp( )( ) .

Ip q R XS

hc

η αλ λ

φ

∆ − −= =∆

(2.14)

Vôùi sλ λ≤

Ñoä nhaïy phuï thuoäc vaøo λ , hieäu suaát löôïng töû η , vaøo heä soá phaûn xaï R vaø heä

soá haáp thuï α . Ñoái vôùi moãi loaïi diode, ngöôøi söû duïng phaûi bieát ñoä nhaïy phoå döïa treân ñöôøng cong phoå ñaùp öùng ( ) / ( )S S pλ λ , trong ñoù λ p laø ñoä daøi böôùc soùng öùng vôùi

cöïc ñaïi ñoä nhaïy phoå (H ), ñoàng thôøi phaûi bieát giaù trò cuûa λ p. Thoâng thöôøng S(λ p) naèm trong khoaûng töø 0,1 ñeán 1 A/W



Hình 2.10 Phoå ñoä nhaïy cuûa photodiode (loaïi 5082 – 4200)

Döôùi aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä, cöïc ñaïi λ p cuûa ñöôøng cong ñoä nhaïy phoå bò dòch

chuyeån. Khi nhieät ñoä taêng, λ p dòch chuyeån veà phiaù böôùc soùng daøi nhö bieåu dieãn

treân hình (h ). Heä soá nhieät ñoä cuûa doøng quang daãn 1.dIp

Ip dT coù giaù trò trong khoaûng

0,1 %/0C.

2.3 KHOÁI DAO ÑOÄNG

2.3.1 Khoái dao ñoäng phaàn phaùt (IC dao ñoäng 555)

Hình 2.11 Sô ñoà chaân IC 555

NE 555

1 2 3 4

8 7 6 5



T2

GND

ROUTPUT

5K

Dirchage

OUTPUT

Vr = 1,4V

2

5K

-

+

S

Reset

Threshold

Trigger Input

2/3 Vcc

-

+

ControlVoltage

Vcc

F/F

5K

1

1/3 Vcc

T1

Chöùc naêng cuûa caùc chaân

Ñaây laø vi maïch ñònh thôøi chuyeân duøng, coù theå maéc thaønh daïng maïch ñôn oån hay phi oån.

Ñieän aùp cung caáp töø 3V ñeán 18V.

Doøng ñieän ra ñeán 200mA (loaïi vi maïch BJT) hay 100mA (loaïi CMOS).

Chaân 1: Noái vôùi masse. Chaân 2: Nhaän tín hieäu kích thích (trigger). Chaân 3: Tín hieäu ra (output). Chaân 4: Phuïc nguyeân veà traïng thaùi ban ñaàu (preset). Chaân 5: Nhaän ñieän aùp ñieàu khieån (control voltag). Chaân 6: Möùc ngöôõng ( threshold ). Chaân 7: Taïo ñöôøng phoùng ñieän cho tuï. Chaân 8: Caáp nguoàn Vcc.

Beân trong vi maïch 555 coùhôn 20 Transistor vaø nhieàu ñieän trôû thöïc hieän caùc chöùc naêng nhö hình 2.6 goàm coù:

Hình 2.12 Sô ñoà khoái beân trong IC 555

1

5

8 6

3

7

2 4



1) Caàu phaân aùp goàm 3 ñieän trôû 5K noái töø nguoàn Vcc xuoáng mass cho ra 2 aùp theá chuaån laø 1/3 Vcc vaø 2/3 Vcc.

2) OPAMP (1) laø maïch khueách ñaïi so saùnh coù ngoõ In- nhaän ñieän aùp chuaån 2/3 Vcc coøn ngoõ In+ thì noái ra ngoaøi chaân 6. Tuyø thuoäc ñieän aùp cuûa chaân 6 so vôùi ñieän aùp chuaån 2/3 Vcc maø Opamp (1) coù ñieän aùp ra möùc cao hay thaáp ñeå laøm tín hieäu R (Reset) ñieàu khieån Flip-Flop (F/F).

3) OPAMP (2) laø maïch khueách ñaïi so saùnh coù ngoõ In+ nhaän ñieän aùp chuaån 1/3 Vcc coøn ngoõ In- thì noái ra ngoaøi chaân 2. Tuyø thuoäc ñieän aùp cuûa chaân 2 so vôùi ñieän aùp chuaån 1/3 Vcc maø Opamp (2) coù ñieän aùp ra möùc cao hay thaáp ñeå laøm tín hieäu S (Set) ñieàu khieån Flip-Flop (F/F).

4) Maïch F/F laø loaïi maïch löôõng oån kích moät beân. Khi chaân Set coù ñieän aùp cao thì ñieän aùp naøy kích ñoåi traïng thaùi cuûa F/F l2 ngoõ Q leân möùc cao vaø ngoõ Q xuoáng

möùc thaáp. Khi ngoõ Set ñang ôû möùc cao xuoáng thaáp thì maïch F/F khoâng ñoåi traïng thaùi. Khi chaân Reset (R) coù ñieän aùp cao thì ñieän aùp naøy kích ñoåi traïng thaùi cuûa F/F laøm ngoõ Q leân möùc cao vaø ngoõ Q xuoáng möùc thaáp. Khi ngoõ Reset ñang ôû möùc cao

xuoán gthaáp thì maïch F/F khoâng ñoåi traïng thaùi.

5) Maïch OUTPUT laø maïch khueách ñaïi ngoõ ra ñeå taêng ñoä khueách ñaïi doøng caáp cho taûi. Ñaây laø maïch khueách ñaïi ñaûo coù ngoõ vaøo laø chaân Q cuûa F/F neân khi Q ôû

möùc cao thì ngoõ ra chaân 3 cuûa IC seõ coù ñieän aùp thaáp (≈ 0V) vaø ngöôïc laïi.

6) Transistor T1 coù chaân E noái vaøo moät ñieän aùp chuaån khoaûng 1,4V vaø loaïi Transistor PNP neân khi cöïc B noái ra ngoaøi bôûi chaân 4 coù ñieän aùp cao hôn 1,4V thì T1 ngöng daãn neân T1 khoâng bò aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng cuûa maïch: Khi chaân 4 coù ñieän trôû trò soá nhoû thích hôïp noái mass thì T1 daãn baõo hoaø ñoàng thôøi laøm maïch Output cuõng daãn baõo hoaø vaø ngoõ ra xuoáng thaáp. Chaân 4 ñöôïc goïi laø chaân Reset coù nghóa laø noù Reset IC 555 baát chaáp tình traïng ôû caùc ngoõ vaøo khaùc, do ñoù chaân Reset duøng ñeå keát thuùc xung ra sôùm khi caàn. Neáu khoâng duøng chöùc naêng Resetthì noái chaân 4 leân Vcc ñeå traùnh maïch bò Reset do nhieãu.

7) Transistor T2 laø transistor coù cöïc C ñeå hôû noái ra chaân 7 (Discharge = xaû). Do cöïc B ñöôïc phaân cöïc bôûi möùc ñieän aùp ra Q cuûa F/F neân khi Q ôû möùc cao thì T2

baõo hoaø vaø cöïc C cuûa T2 coi nhö noái mass, luùc ñoù ngoõ ra chaân 3 cuõng ôû möùc thaáp; Khi Q ôû möùc thaáp thì T2 ngöng daãn cöïc C cuûa T2 bò hôû, luùc ñoù ngoõ ra chaân 3 coù



ñieän aùp cao. Theo nguyeân lyù treân cöïc C cuûa T2 ra chaân 7 coù theå laøm ngoõ ra phuï coù möùc ñieän aùp gioáng möùc ñieän aùp cuûa ngoõ ra chaân 3.

2.3.2 Khoái dao ñoäng phaàn thu (IC 567)

IC 567 (TONE DECODER): IC 567 Boä giaûi maõ aâm saéc.

IC chöùa moät voøng khoùa pha. Khi taàn soá phuø hôïp vôùi taàn soá trung taâm thì chaân 8 coù möùc aùp thaáp. Do ñoù tín hieäu töø transistor qua taàng khuyeách ñaïi ñöa ñeán ngoõ vaøo cuûa IC 567. Taàn soá hieän nay ñöôïc xaùc laäp theo maïch ñònh thôøi R vaø C hay 1,1/(RC). R laáy khoaûng 2K ñeán 20K. 567 coù theå taùch doø taàn soá ngaõ vaøo töø 0,01Hz ñeán 500KHz Ghi chuù: caùc ngoõõ vaøo trong maïch loïc thaáp qua tính theo µF seõ ñöôïc xaùc ñònh bôûi n/F0. Trong ñoù n trong khoaûng 1300 ñeán 62000. Tuï ngoõõ ra laáy trò soá gaáp ñoâi tuï trong maïch loïc thaáp qua ôû ngoõõ vaøo.

Ngoõ ra GND Tuï ñònh thôøi Ñieän trôû ñònh thôøi

567

8 7 6 5

1 2 3 4

Tuï ngoõ ra Tuï loïc thoângthaáp

Ngoõvaøo +4,75-9,0V

Hình 2.13 Sô ñoà chaân IC 567



Hình 2.14 Sô ñoà khoái LM 567



Hình 2.15 Sô ñoà chi tieát beân trong LM567



Caùc maïch öùng duïng cuûa LM 567:

Hình 2.16 Maïch taïo soùng ngoõ ra nhaân ñoâi

Hình 2.17 Maïch taïo dao ñoäng chính xaùc ñieàu khieån taûi 100mA

Hình 2.18 Maïch test AC



Hình 2.19 Maïch giaûi maõ phím aán



2.4 KHOÁI XÖÛ LYÙ Vôùi khoái xöû lyù ngöôøi ta coù theå duøng IC rôøi hoaëc khoái vi xöû lyù. Neáu söû duïng vi

xöû lyù trong khoái xöû lyù, ngöôøi ta coù theå thieát keá maïch ñieän giao tieáp ñöôïc vôùi maùy tính neân deã daøng cho vieäc ñieàu khieån töø xa vaø baèng vieäc thay ñoåi phaàn meàm coù theå môû roäng chöông trình ñieàu khieån, ñoù laø lyù do em söû duïng vi xöû lyù trong khoái xöû lyù. Cuøng vôùi thôøi gian, con ngöôøi ñaõ cho ra ñôøi nhieàu loaïi vi xöû lyù töø 8 bit ñeán 64 bit vôùi caûi tieán ngaøy caøng öu vieät nhöng tuøy theo muïc ñích söû duïng maø vi xöû lyù 8 bit vaãn coøn toàn taïi. Trong luaän vaên naøy em söû duïng vi ñieàu khieån 8051. 8051 cuõng laø vi xöû lyù 8 bit nhöng coù chöùa boä nhôù beân trong vaø coù theâm 2 boä ñònh thôøi ngoaøi ra noù coù theå giao tieáp noái tieáp tröïc tieáp vôùi maùy tính maø vi xöû lyù 8 bit nhö 8085 cuõng giao tieáp ñöôïc vôùi maùy tính nhöng laø giao tieáp song song neân caàn coù IC chuyeån ñoåi döõ lieäu töø song song sang noái tieáp ñeå giao tieáp vôùi maùy tính. Vôùi boä nhôù trong 8051 thích hôïp cho nhöõng chöông trình coù quy moâ nhoû,tuy nhieân 8051 coù theå keát hôïp ñöôïc vôùi boä nhôù ngoaøi cho chöông trình coù quy moâ lôùn. Sau ñaây laø giôùi thieäu cuûa em veà vi ñieàu khieån 8051:

2.4.1 Giôùi thieäu caáu truùc phaàn cöùng 8051

2.4.1.1 Sô ñoà chaân 8051

8051 laø IC vi ñieàu khieån (Microcontroller) do haõng Intel saûn xuaát. IC naøy coù ñaëc ñieåm nhö sau: - 4k byte ROM,128 byte RAM - 4 Port I/O 8 bit. - 2 boä ñeám/ ñònh thôøi 16 bit. - Giao tieáp noái tieáp. - 64k byte khoâng gian boä nhôù chöông trình môû roäng. - 64k byte khoâng gian boä nhôù döõ lieäu môû roäng. - Moät boä xöû lyù luaän lyù (thao taùc treân caùc bít ñôn). - 210 bit ñöôïc ñòa chæ hoùa. - Boä nhaân / chia 4.



2.4.1.2 Chöùc naêng cuûa caùc chaân 8051:

Port 0: töø chaân 32 ñeán chaân 39 (P0.0 _P0.7). Port 0 coù 2 chöùc naêng: trong caùc thieát keá côõ nhoû khoâng duøng boä nhôù môû roäng noù coù chöùc naêng nhö caùc ñöôøng IO, ñoái vôùi thieát keá lôùùn coù boä nhôù môû roäng noù ñöôïc keát hôïp giöõa bus ñòa chæ vaø bus döõ lieäu.

Port 1: töø chaân 1 ñeán chaân 9 (P1.0 _ P1.7). Port 1 laø port IO duøng cho giao tieáp vôùi thieát bò ngoaøi neáu caàn.

Port 2: töø chaân 21 ñeán chaân 28 (P2.0 _P2.7). Port 2 laø moät port coù taùc duïng keùp duøng nhö caùc ñöôøng xuaát nhaäp hoaëc laø byte cao cuûa bus ñòa chæ ñoái vôùi caùc thieát bò duøng boä nhôù môû roäng.

Port 3: töø chaân 10 ñeán chaân 17 (P3.0 _ P3.7). Port 3 laø port coù taùc duïng keùp. Caùc chaân cuûa port naøy coù nhieàu chöùc naêng, coù coâng duïng chuyeån ñoåi coù lieân heä ñeán caùc ñaëc tính ñaëc bieät cuûa 8051 nhö ôû baûng sau:

8031

EA/VP31

X119 X218

RESET9

P3.212

P3.313

P3.414

P3.515

P1.01

P1.12

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P0.039

P0.138

P0.237

P0.336

P0.435

P0.534

P0.633

P0.732

P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728

P3.717 P3.616

PSEN29

ALE/P30

P3.111 P3.010

VCC40

VSS20

Hình 2.20 Sô ñoà chaân 8051



Baûng 2.1 Baûng coâng duïng chaân Port 3

Bit Teân Chöùc naêng chuyeån ñoåi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

RXD TXD INT0 INT1 T0 T1

WR\ RD\

Ngoõ vaøo döõ lieäu noái tieáp. Ngoõ xuaát döõ lieäu noái tieáp. Ngoõ vaøo ngaét cöùng thöù 0. Ngoõ vaøo ngaét cöùng thöù 1. Ngoõ vaøo TIMER/ COUNTER thöù 0. Ngoõ vaøo cuûa TIMER/ COUNTER thöù 1. Tín hieäu ghi döõ lieäu leân boä nhôù ngoaøi. Tín hieäu ñoïc boä nhôù döõ lieäu ngoaøi.

PSEN (Program store enable):

PSEN laø tín hieäu ngoõ ra coù taùc duïng cho pheùp ñoïc boä nhôù chöông trình môû roäng vaø thöôøng ñöôïc noái ñeán chaân OE\ cuûa Eprom cho pheùp ñoïc caùc byte maõ leänh.

PSEN ôû möùc thaáp trong thôøi gian 8051 laáy leänh. Caùc maõ leänh cuûa chöông trình ñöôïc ñoïc töø Eprom qua bus döõ lieäu, ñöôïc choát vaøo thanh ghi leänh beân trong 8051 ñeå giaûi maõ leänh. Khi 8051 thi haønh chöông trình trong ROM noäi PSEN ôû möùc cao.

ALE (Address Latch Enable):

Khi 8051 truy xuaát boä nhôù beân ngoaøi, Port 0 coù chöùc naêng laø bus ñòa chæ vaø döõ lieäu do ñoù phaûi taùch caùc ñöôøng döõ lieäu vaø ñòa chæ. Tín hieäu ra ALE ôû chaân thöù 30 duøng laøm tín hieäu ñieàu khieån ñeå giaûi ña hôïp caùc ñöôøng ñòa chæ vaø döõ lieäu khi keát noái chuùng vôùi IC choát.

Tín hieäu ôû chaân ALE laø moät xung trong khoaûng thôøi gian port 0 ñoùng vai troø laø ñòa chæ thaáp neân choát ñòa chæ hoaøn toaøn töï ñoäng.

EA\ (External Access): Tín hieäu vaøo EA\ ôû chaân 31 thöôøng ñöôïc maéc leân möùc 1 hoaëc möùc 0. Neáu ôû möùc 1, 8051 thi haønh chöông trình töø ROM noäi. Neáu ôû möùc 0, 8051 thi haønh chöông trình töø boä nhôù môû roäng. Chaân EA\ ñöôïc laáy laøm chaân caáp nguoàn 21V khi laäp trình cho Eprom trong 8051.



RST (Reset): Khi ngoõ vaøo tín hieäu naøy ñöa leân möùc cao ít nhaát 2 chu kyø maùy, caùc thanh ghi beân trong ñöôïc naïp nhöõng giaù trò thích hôïp ñeå khôûi ñoäng heä thoáng. Khi caáp ñieän maïch phaûi töï ñoäng reset.

Caùc ngoõ vaøo boä dao ñoäng X1, X2: Boä taïo dao ñoäng ñöôïc tích hôïp beân trong 8051. Khi söû duïng 8051, ngöôøi ta chæ

caàn noái theâm tuï thaïch anh vaø caùc tuï. Taàn soá tuï thaïch anh thöôøng laø 12 Mhz

2.4.2 Caáu truùc beân trong cuûa 8051

2.4.2.1 Sô ñoà khoái beân trong 8051:

T1

T0

Ñieàu khieån ngaét

Caùc thanh ghi khaùc

128 byte RAM

MRO Timer 2 Timer 1 Timer 0

CPU

Oscillator Ñieàu khieån bus Caùc port I/O Port noái tieáp

Port noái tieáp

Timer 0

Timer 1

Timer 2

INT0

INT1

EA

RST

PSEN

ALE

P0 P2 P1 P3 TxD RxD

T2



2.4.2.2 Khaûo saùt caùc khoái nhôù beân trong 8051:

*Toå chöùc boä nhôù:

Baûng 2.2 Baûng toå chöùc boä nhôù 8051

FF F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B

E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC

D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW

30

General purpose RAM

B8 - - - BC BB BA B9 B8 IP

2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78

2E 77 76 75 74 73 72 71 70 B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3

2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68

2C 67 66 65 64 63 62 61 60 A8 AF - - AC AB AA A9 A8 IE

2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2A 57 56 55 54 53 52 51 50 A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2

29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48

28 47 46 45 44 43 42 41 40 99 not bit addressable SBUF

27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 98 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON

26 37 36 35 34 33 32 31 30

25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 90 97 96 95 94 93 92 91 90 P1

24 27 26 25 24 23 22 21 20

23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 8D not bit addressable TH1

22 17 16 15 14 13 12 11 10 8C not bit addressable TH0

21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 8B not bit addressable TL1

20 07 06 05 04 03 02 01 00 8A not bit addressable TL0 1F 89 not bit addressable TMOD

18 Bank 2 8

88 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON

17 87 not bit addressable PCON 10

Bank 2 8

0F 83 not bit addressable DPH

08 Bank 1 8

82 not bit addressable DPL

07 81 not bit addressable SP

00

Defaut register Bank for R0 – R7

8 80 87 86 85 84 83 82 81 80 P0

Hình 2.21 Sô ñoà khoái beân trong 8051

RAM SPECIAL FUNCTION REGISTER

Bit address Byte Address

7F

Bit address Byte address

80 byte

32 b

yte

Bit

add

ress

able

loc

atio

ns



Boä nhôù beân trong 8051 bao goàm ROM vaø RAM. RAM bao goàm nhieàu thaønh

phaàn: phaàn löu tröõ ña duïng, phaàn löu tröõ ñòa chæ hoùa töøng bit, caùc bank thanh ghi vaø caùc thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät.

8051 coù boä nhôù theo caáu truùc Harvard: coù nhöõng vuøng nhôù rieâng bieät cho chöông trình vaø döõ lieäu. Chöông trình vaø döõ lieäu coù theå chöùa beân trong 8051 nhöng 8051 vaãn coù theå keát noái vôùi 64 k byte boä nhôù chöông trình vaø 64 k byte boä nhôù döõ lieäu môû roäng.

Ram beân trong 8051 ñöôïc phaân chia nhö sau: - Caùc bank thanh ghi coù ñòa chæ töø 00H ñeán 1Fh. - Ram ñòa chæ hoùa töøng bit coù ñòa chæ töø 20H ñeán 2FH. - Ram ña duïng töø 30H ñeán 7FH. - Caùc thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät töø 80H ñeán FFH.

-Ram ña duïng:

Moïi ñòa chæ trong vuøng ram ña duïng ñeàu coù theå ñöôïc truy xuaát töï do duøng kieåu ñòa chæ tröïc tieáp hay giaùn tieáp. Ví duï ñeå ñoïc noäi dung oâ nhôù ôû ñòa chæ 5FH cuûa ram noäi vaøo thanh ghi tích luõy A : MOV A,5FH.

Hoaëc truy xuaát duøng caùch ñòa chæ giaùn tieáp qua R0 hay R1. Ví duï 2 leänh sau seõ thi haønh cuøng nhieäm vuï nhö leänh ôû treân:

MOV R0, #5FH MOV A , @R0

-Ram coù theå truy xuaát töøng bit:

8051 chöùa 210 bit ñöôïc ñòa chæ hoùa töøng bit, trong ñoù 128 bit chöùa ôû caùc byte coù ñòa chæ töø 20H ñeán 2FH, caùc bit coøn laïi chöùa trong nhoùm thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät.

YÙtöôûng truy xuaát töøng bit baèng phaàn meàm laø moät ñaëc tính maïnh cuûa vi ñieàu khieån noùi chung. Caùc bit coù theå ñöôïc ñaët, xoùa, and, or,… vôùi 1 leänh ñôn. Ngoaøi ra caùc port cuõng coù theå truy xuaát ñöôïc töøng bít laøm ñôn giaûn phaàn meàm xuaát nhaäp töøng bit.

Ví duï ñeå ñaët bit 67H ta duøng leänh sau: SETB 67H.

-Caùc bank thanh ghi:



Boä leänh 8051 hoã trôï 8 thanh ghi coù teân laø R0 ñeán R7 vaø theo maëc ñònh (sau khi reset heä thoáng), caùc thanh ghi naøyôû caùc ñòa chæ 00H ñeán 07H. leänh sau ñaây seõ ñoïc noäi dung ôû ñòa chæ 05H vaøo thanh ghi tích luõy: MOV A, R5.

Ñaây laø leänh 1 byte duøng ñòa chæ thanh ghi. Tuy nhieân coù theå thi haønh baèng leänh 2 byte duøng ñòa chæ tröïc tieáp naèm trong byte thöù 2: MOV A, 05H.

Leänh duøng caùc thanh ghi R0 ñeán R7 thì seõ ngaén hôn vaø nhanh hôn nhieàu so vôùi leänh töông öùng duøng ñòa chæ tröïc tieáp.

Bank thanh ghi tích cöïc baèng caùch thay ñoåi caùc bit trong töø traïng thaùi chöông trình (PSW). Giaû suû thanh ghi thöù 3 ñang ñöôïc truy xuaát, leänh sau ñaây seõ di chuyeån noäi dung cuûa thanh ghi A vaøo oâ nhôù ram coù ñòa chæ 18H: MOV R0, A.

* Caùc thanh ghi coù chöùc naêng ñaëc bieät:

8051 coù 21 thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät (SFR: Special Funtion Register) ôû vuøng treân cuûa RAM noäi töø ñòa chæ 80H ñeán FFH.

Chuù yù: taát caû 128 ñòa chæ töø 80H ñeán FFH khoâng ñöôïc ñònh nghóa, chæ coù 21 thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät ñöôïc ñònh nghóa saün caùc ñòa chæ.

-Thanh ghi traïng thaùi chöông trình:

Thanh ghi traïng thaùi chöông trình PSW (Program Status Word ) ôû ñòa chæ DOH chöùa caùc bít traïng thaùi nhö baûng sau:

Baûng 2.3 Baûng thanh ghi traïng thaùi chöông trình

Bit Kyù hieäu Ñòa chæ YÙ nghóa PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3

PSW.2 PSW.1

CY AC F0

RS1 RS0

0V _

D7H D6H D5H D4H D3H

D2H D1H

Côø nhôù Côø nhôù phuï

Côø 0 Bit 1 choïn bank thanh ghi Bit 0 choïn bank thanh ghi

00=bank 0: ñòa chæ 00H – 07H 01=bank 1: ñòa chæ 08H – 0FH 10=bank 2: ñòa chæ 10H – 1FH 11=bank 3: ñòa chæ 18H –1FH

Côø traøn Döï tröõ



PSW.0 P D0H Côø parity chaün leõ.



+ Côø nhôù: C = 1 neáu pheùp toaùn coäng coù traøn hoaëc pheùp toaùn tröø coù möôïn vaø ngöôïc laïi C

= 0. Ví duï neáu thanh ghi A coù giaù trò FF thì leänh sau: ADD A, #1 Pheùp coäng naøy coù traøn neân bit C = 1 vaø keát quaû trong thanh ghi A = 00H Côø nhôù coù theå xem laø thanh ghi 1 bit cho caùc leänh luaän lyù thi haønh treân bit.

ANL C, 25H

+ Côø nhôù phuï:

Khi coäng caùc soá BCD, côø nhôù phuï AC = 1 neáu keát quaû 4 bit thaáp trong khoaûng 0AH ñeán 0FH. Ngöôïc laïi AC = 0.

+ Côø 0:

Côø 0 laø moät bit côø ña duïng daønh cho caùc öùng duïng cuûa ngöôøi duøng.

+ Caùc bit choïn bank thanh ghi truy xuaát:

Caùc bit choïn bank thanh ghi (RS0 vaø RS1) xaùc ñònh bank thanh ghi ñöôïc truy xuaát. Chuùng ñöôïc xoùa sau khi reset heä thoáng vaø ñöôïc thay ñoåi baèng phaàn meàm neáu caàn. Ví duï leänh sau cho pheùp bank thanh ghi 3 vaø di chuyeån noäi dung cuûa bank thanh ghi R7 (ñòa chæ bye 1FH) vaøo thanh ghi A:

SETB RS1 SETB RS0 MOV A,R7

-Thanh ghi B:

Thanh ghi B ôû ñòa chæ F0H ñöôïc duøng cuøng vôùi thanh ghi tích luõy A cho caùc pheùp toaùn nhaân vaø chia. Leänh MUL AB seõ nhaân caùc giaù trò khoâng daáu 8 bit trong A vaø B roài traû keát quaû veà 16 bit trong A (byte thaáp) vaø B (byte cao). Leänh DIV AB seõ chia A cho B roài traû keát quaû nguyeân trong A vaø phaàn dö trong B. thanh ghi cuõng coù theå xem nhö thanh ghi ñeäm ña duïng.

-Con troû ngaên xeáp:

Con troû ngaên xeáp SP laø moät thanh ghi 8 bit ôû ñòa chæ 18H. Noù chöùa ñòa chæ cuûa byte döõ lieäu hieän haønh treân ñænh cuûa ngaên xeáp. Caùc leänh treân ngaên xeáp bao goàm caùc leänh caát döõ lieäu vaøo ngaên xeáp vaø laáy döõ lieäu ra khoûi ngaên xeáp. Leänh caát döõ



lieäu vaøo ngaên xeáp seõ laøm taêng SP tröôùc khi ghi döõ lieäu vaø leänh laáy döõ lieäu ra khoûi ngaên xeáp seõ laøm giaûm SP. Ngaên xeáp cuûa 8051 ñöôïc giöõ trong ram noäi vaø giôùi haïn caùc ñòa chæ coù theá truy xuaát baèng ñòa chæ giaùn tieáp, chuùng laø 128 byte ñaàu cuûa 8051

Ñeå khôûi ñoäng SP vôùi ngaên xeáp baét ñaàu taïi ñòa chæ 60 H, caùc leänh sau ñaây ñöôïc duøng:

MOV SP,#5FH Khi reset 8051, SP seõ mang giaù trò maëc ñònh laø 07H vaø döõ lieäu ñaàu tieân seõ

ñöôïc caát vaøo oâ nhôù ngaên xeáp coù ñòa chæ laø 08 H. Ngaên xeáp ñöôïc truy xuaát tröïc tieáp baèng caùc leänh PUSH vaø POP ñeå löu tröõ taïm thôøi vaø laáy laïi döõ lieäu hoaëc truy xuaát ngaàm baèng leänh goïi chöông trình con ACALL,LCALL vaø caùc leänh trôû veà (RET. RETI) ñeå löu tröõ giaù trò cuûa boä ñeám chöông trình khi baét ñaàu thöïc hieän chöông trình con vaø laáy laïi khi keát thuùc chöông trình con.

-Con troû döõ lieäu

Con troû döõ lieäu DPTR ñöôïc duøng ñeå truy xuaát boä nhôù ngoaøi laø moät thanh ghi 16 bit ôû ñòa chæ 82H (DPL: byte thaáp) vaø 83H (DPH: byte cao). 3 leänh sau seõ ghi 55H vaøo ram ngoaøi ôû ñòa chæ 1000H:

MOV A,#55H MOV DPTR, #1000H MOVX @DPTR,A

-Caùc thanh ghi port xuaát nhaäp:

Caùc port cuûa 8051 bao goàm port 0 ôû ñòa chæ 80H, port 1 ôû ñòa chæ 90H, port 2 ôû ñòa chæ A0H, vaø port3 ôû ñòa chæ B0H. taát caû caùc port naøy ñeàu coù theå truy xuaát töøng bit neân raát thuaän tieän trong khaû naêng giao tieáp.

-Caùc thanh ghi timer:

8051 coù chöùa 2 boä ñònh thôøi/ ñeám 16 bit ñöôïc duøng cho vieäc ñònh thôøi hoaëc ñeám söï kieän. Timer 0 ôû ñòa chæ 8AH (TL0: byte thaáp) vaø 8CH (TH0: byte cao). Timer 1 ôû ñòa chæ 8BH (TL1: byte thaáp) vaø 8DH (TH1: byte cao). Vieäc khôûi ñoäng timer ñöôïc Set bôûi Timer Mode (TMOD) ôû ñòa chæ 89H vaø thanh ghi ñieàu khieån timer (TCON) ôû ñòa chæ 88H, chæ coù TCON ñöôïc ñòa chæ hoùa töøng bit.

-Caùc thanh ghi port noái tieáp:



8051 chöùa moät port noái tieáp daønh cho vieäc trao ñoåi thoâng tin vôùi caùc thieát bò noái tieáp nhö maùy tính, modem hoaëc giao tieáp noái tieáp vôùi caùc IC khaùc. Moät thanh ghi goïi laø boä ñeäm döõ lieäu noái tieáp (SBUF) ôû ñòa chæ 99H seõ giöõ caû 2 döõ lieäu truyeàn vaø döõ lieäu nhaän. Khi truyeàn döõ lieäu thì ghi leân SBUF, khi nhaän döõ lieäu thì ñoïc SBUF. Caùc mode vaän haønh khaùc nhau ñöôïc laäp trình qua thanh ghi ñieàu khieån port noái tieáp SCON ôû ñòa chæ 98H.

-Caùc thanh ghi ngaét:

8051 coù caáu truùc 5 nguoàn ngaét, 2 möùc öu tieân. Caùc ngaét bò caám sau khi reset heä thoáng vaø seõ ñöôïc cho pheùp baèng vieäc ghi thanh ghi cho pheùp ngaét (IE) ôû ñòa chæ A8H, caû 2 thanh ghi ñöôïc ñòa chæ hoùa töøng bit.

-Thanh ghi ñieàu khieån coâng suaát:

Thanh ghi ñieàu khieån coâng suaát (PCON) ôû ñòa chæ 87H chöùa caùc bit ñieàu khieån.

-Tín hieäu Reset:

0

R1

100

SW1

RESET

5V

C310uF

9

R2

10K

Hình 2.22 Maïch reset 8051

8051 coù ngoõ vaøo reset RST taùc ñoäng ôû möùc cao trong khoaûng thôøi gian 2 chu

kyø, sau ñoù xuoáng möùc thaáp ñeå 8051 baét ñaàu laøm vieäc. RST coù theå kích baèng tay baèng moät phím nhaán thöôøng môû, sô ñoà maïch reset nhö hình treân (hình 2.10)

Sau khi reset heä thoáng ñöôïc toùm taét nhö sau:

Baûng 2.4 Baûng noäi dung thanh ghi sau khi Reset

Thanh ghi Noäi dung



Thanh ghi Noäi dung Ñeám chöông trình PC Thanhghi tích luõy A

Thanh ghi B Thanh ghi traïng thaùi

SP DPTR

Port 0 ñeán Port 3 IP IE

Caùc thanh ghi ñònh thôøi

0000H 00H 00H 00H 07H

0000H FFH

XXX0000 B 0XX00000 B

00H

Thanh ghi quan troïng nhaát laø thanh ghi boä ñeám chöông trình PC ñöôïc Reset taïi

ñòa chæ 0000H. Khi ngoõ vaøo RST xuoáng möùc thaáp, chöông trình luoân baét ñaàu taïi ñòa chæ 0000H cuûa boä nhôù chöông trình. Noäi dung cuûa Ram trong chip khoâng bò hay ñoåi bôûi taùc ñoäng cuûa ngoõ vaøo Reset

2.4.3 .Hoaït ñoäng thanh ghi TIMER

8051 coù hai timer 16 bit, moãi timer coù boán caùch laøm vieäc. Ngöôøi ta söû duïng caùc timer ñeå:

- Ñònh khoaûng thôøi gian.

- Ñeám söï kieän.

- Taïo toác ñoä baud cho port noái tieáp trong 8051.

Trong caùc öùng duïng ñònh khoaûng thôøi gian, ngöôøi ta laäp trình timer ôû nhöõng khoaûng ñeàu ñaën vaø ñaët côø traøn timer. Côø ñöôïc duøng ñeå ñoàng boä hoùa chöông trình ñeå thöïc hieän moät taùc ñoäng nhö kieåm tra traïng thaùi cuûa caùc ngoõ vaøo hoaëc göûi söï kieän ra caùc ngoõ ra. Caùc öùng duïng khaùc coù theå söû duïng vieäc taïo xung nhòp ñeàu ñaën cuûa timer ñeå ño thôøi gian troâi qua giöõa hai söï kieän (ví duï ño ñoä roäng xung ).

Truy xuaát caùc timer cuûa 8051 duøng saùu thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät cho trong baûng sau:

Baûng 2.5 Caùc thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät cuûa boä ñònh thôøi



SFR Muïc Ñích Ñòa chæ Ñòa chæ hoùa töøng bit

TCON Ñieàu khieån Timer 88H Coù

TMOD Cheá ñoä Timer 89H Khoâng

TL0 Byte thaáp cuûa Timer 0 90H Khoâng

TL1 Byte thaáp cuûa Timer 1 91H Khoâng

TH0 Byte cao cuûa Timer 0 92H Khoâng

TH1 Byte cao cuûa Timer 1 93H Khoâng

Caùc thanh ghi chöùc naêng cuûa timer trong 8031.

Thanh ghi cheá ñoä timer (TMOD):

Thanh ghi TMOD chöùa hai nhoùm 4 bit duøng ñeå ñaët cheá ñoä laøm vieäc cho Timer 0, vaø Timer 1.

Baûng 2.6 Thanh ghi choïn cheá ñoä ñònh thôøi

Bit Teân Timer Moâ taû

7 GATE 1 Bit môû coång, khi leân 1 timer chæ chaïy khi INT1 ôû möùc cao

6 C/T 1 Bit choïn cheá ñoä Count/Timer 1 = boä ñeám söï kieän 0 = boä ñònh khoaûng thôøi gian

5 M1 1 Bit 1 cuûa cheá ñoä mode


3 GATE 0 Bit môû coång, khi leân 1 timer chæ chaïy khi INT0 ôû möùc



Bit Teân Timer Moâ taû

cao

2 C/T 0 Bit choïn cheá ñoä Count/Timer



Toùm taét thanh ghi chöùc naêng TMOD.

Thanh ghi ñieàu khieån timer(TCON)

Thanh ghi TCON chöùa caùc bit traïng thaùi vaø caùc bit ñieàu khieån cho Timer 1, Timer 0.

Baûng 2.7 Thanh ghi ñieàu khieån ñònh thôøi TCON

Bit Kyù hieäu Ñòa chæ Moâ taû

TCON.7 TF1 8FH Côø baùo traøn timer 1. Ñaët bôûi phaàn cöùng khi traøn, ñöôïc xoùa bôûi phaàn meàm, hoaëc phaàn cöùng khi boä xöû lyù chæ ñeán chöông trình phuïc vuï ngaét.

TCON.6 TR1 8EH Bit ñieàu khieån timer 1 chaïy ñaët xoùa baèng phaàn meàm ñeå cho timer chaïy ngöng.

TCON.5 TF0 8DH Côø baùo traøn Timer 0.

TCON.4 TR0 8CH Bit ñieàu khieån Timer 0 chaïy

TCON.3 IE1 8BH Côø caïnh ngaét 1 beân ngoaøi. Ñaët bôûi phaàn cöùng khi phaùt hieän moät caïnh xuoáng ôû INT1 xoùa baèng phaàn meàm hoïaêc phaàn cöùng khi CPU chæ



Bit Kyù hieäu Ñòa chæ Moâ taû

ñeán chöông trình phuïc vuï ngaét.

TCON.2 IT1 8AH Côø kieåu ngaét 1 beân ngoaøi. Ñaët xoùa baèng phaàn meàm ñeå ngaét ngoaøi tích cöïc caïnh xuoáng /möùc thaáp.

TCON.1 IE0 89H Côø caïnh ngaét 0 beân ngoøai

TCON.0 IT0 88H Côø kieåu ngaét 0 beân ngoaøi

Toùm taét thanh ghi chöùc naêng TCON

Khôûi ñoäng vaø truy xuaát thanh ghi timer: Thoâng thöôøng caùc thanh ghi ñöôïc khôûi ñoäng moät laàn ñaàu ôû chöông trình ñeå ñaët

ôû cheá ñoä laøm vieäc ñuùng. Sau ñoù, trong thaân chöông trình, caùc thanh ghi timer ñöôïc cho chaïy, döøng, caùc bit ñöôïc kieåm tra vaø xoùa, caùc thanh ghi timer ñöôïc ñoïc vaø caäp nhaät…. theo ñoøi hoûi caùc öùng duïng.

TMOD laø thanh ghi thöù nhaát ñöôïc khôûi ñoäng vì noù ñaët cheá ñoä hoaït ñoäng. Ví duï, caùc leänh sau khôûi ñoäng Timer 1 nhö timer 16 bit (cheá ñoä 1) coù xung nhòp töø boä dao ñoäng teân chip cho vieäc ñònh khoaûng thôøi gian:

MOV TMOD, #1B Leänh naøy seõ ñaët M1 = 1 vaø M0 = 0 cho cheá ñoä 1, C/ T= 0 vaø GATE = 0 cho

xung nhòp noäi vaø xoùa caùc bit cheá ñoä Timer 0. Dó nhieân, timer khoâng thaät söï baét ñaàu ñònh thôøi cho ñeán khi bit ñieàu khieån chaïy TR1 ñöôïc ñaët leân 1.

Neáu caàn soá ñeám ban ñaàu, caùc thanh ghi TL1/TH1 cuõng phaûi ñöôïc khôûi ñoäng. Moät khoaûng 100µs coù theå ñöôïc khôûi ñoäng baèng caùch khôûi ñoäng giaù trò cho TH1/TL1 laø FF9CH:

MOV TL1, #9CH MOV TH1, #0FFH Roài timer ñöôïc cho chaïy baèng caùch ñaët bit ñieàu khieån chaïy nhö sau: SETB TR1



Côø baùo traøn ñöôïc töï ñoäng ñaët leân 1 sau 100µs. Phaàn meàm coù theå ñôïi trong 100 µs baèng caùch duøng leänh reõ nhaùnh coù ñieàu kieän nhaûy ñeán chính noù trong khi côø baùo traøn chöa ñöôïc ñaët leân 1:

WAIT: JNB TF1, WAIT Khi timer traøn, caàn döøng timer vaø xoùa côø baùo traøn trong phaàn meàm: CLR TR1 CLR TF1

2.4.4. Ngaét ( INTERRUPT) Moät ngaét laø söï xaûy ra moät ñieàu kieän, moät söï kieän maø noù gaây ra treo taïm thôøi

thôøi chöông trình chính trong khi ñieàu kieän ñoù ñöôïc phuïc vuï bôûi moät chöông trình khaùc.

Caùc ngaét ñoùng moät vai troø quan troïng trong thieát keá vaø caøi ñaët caùc öùng duïng vi ñieàu khieån. Chuùng cho pheùp heä thoáng ñaùp öùng baát ñoàng boä vôùi moät söï kieän vaø giaûi quyeát söï kieän ñoù trong khi moät chöông trình khaùc ñang thöïc thi.

Toå chöùc ngaét cuûa 8051:

Coù 5 nguoàn ngaét ôû 8031: 2 ngaét ngoaøi, 2 ngaét töø timer vaø 1 ngaét port noái tieáp. Taát caû caùc ngaét theo maëc nhieân ñeàu bò caám sau khi reset heä thoáng vaø ñöôïc cho pheùp töøng caùi moät baèng phaàn meàm.

Khi coù hai hoaëc nhieàu ngaét ñoàng thôøi, hoaëc moät ngaét xaûy ra khi moät ngaét khaùc ñang ñöôïc phuïc vuï, coù caû hai söï tuaàn töï hoûi voøng vaø sô ñoà öu tieân hai möùc duøng ñeå xaùc ñònh vieäc thöïc hieän caùc ngaét. Vieäc hoûi voøng tuaàn töï thì coá ñònh nhöng öu tieân ngaét thì coù theå laäp trình ñöôïc.

- Cho pheùp vaø caám ngaét :

Moãi nguoàn ngaét ñöôïc cho pheùp hoaëc caám ngaét qua moät thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät coù ñònh ñòa chæ bit IE ( Interrupt Enable : cho pheùp ngaét ) ôû ñòa chæ A8H.

Baûng 2.8 Thanh ghi cho pheùp ngaét IE

Bit Kyù hieäu Ñòa chæ bit Moâ taû

IE.7 EA AFH Cho pheùp / Caám toaøn boä

IE.6 _ AEH Khoâng ñöôïc moâ taû



Bit Kyù hieäu Ñòa chæ bit Moâ taû

IE.5 ET2 ADH Cho pheùp ngaét töø Timer 2 (8052)

IE.4 ES ACH Cho pheùp ngaét port noái tieáp

IE.3 ET1 ABH Cho pheùp ngaét töø Timer 1

IE.2 EX1 AAH Cho pheùp ngaét ngoaøi 1

IE.1 ET0 A9H Cho pheùp ngaét töø Timer 0

IE.0 EX0 A8H Cho pheùp ngaét ngoaøi 0

Toùm taét thanh ghi IE

- Caùc côø ngaét :

Khi ñieàu kieän ngaét xaûy ra thì öùng vôùi töøng loaïi ngaét maø loaïi côø ñoù ñöôïc ñaët leân moät ñeå xaùc nhaän ngaét.

Baûng 2.9 Caùc côø ngaét

Ngaét Côø Thanh ghi SFR vaø vò trí bit

Beân ngoaøi 0 IE0 TCON.1

Beân ngoaøi 1 IE1 TCON.3

Timer 1 TF1 TCON.7

Timer 0 TF0 TCON.5

Port noái tieáp TI SCON.1

Port noái tieáp RI SCON.0

Caùc loïai côø ngaét



- Caùc vectô ngaét :

Khi chaáp nhaän ngaét, giaù trò ñöôïc naïp vaøo PC ñöôïc goïi laø vector ngaét. Noù laø ñòa chæ baét ñaàu cuûa ISR cho nguoàn taïo ngaét, caùc vector ngaét ñöôïc cho ôû baûng sau:

Baûng 2.10 Caùc vector ngaét

Ngaét Côø Ñòa chæ vector

Reset heä thoáng

RST 0000H

Beân ngoaøi 0 IE0 0003H

Timer 0 TF0 000BH

Beân ngoaøi 1 IE1 0013H

Timer 1 TF1 001BH

Port noái tieáp TI vaø RI 0023H

Timer 2 002BH

Vector reset heä thoáng (RST ôû ñòa chæ 0000H) ñöôïc ñeå trong baûng naøy vì theo nghóa naøy, noù gioáng ngaét : noù ngaét chöông trình chính vaø naïp cho PC giaù trò môùi.

2.5 Maøn hình hieån thò LCD ( Liquid Crystal Display ):

Maøn hình LCD hieån thò theo phöông phaùp ñieàu khieån nhöõng ñieåm tinh theå loûng saép xeáp döôùi daïng ma traän. Söû dung chip ñieàu khieån HD44780U, coù theå söû duïng phöông thöùc giao tieáp 4 bit hoaëc 8 bit. Maøn hình coù theå hieån thò ñöôïc chöõ, soá, vaø moät soá kyù töï ñaëc bieät döôùi dang 1 line hoaëc 2 line, moãi kyù töï coù ñoä phaân giaûi 5x10 ñieåm (1 line) vaø 8x10 ñieåm (2 line). Vôùi tính naêng tieâu thuï nguoàn thaáp (2.7 ñeán 5.5 V) coù theå duøng cho nhöõng öùng duïng coù nguoàn nuoâi laø pin.

Chöùc naêng cuûa caùc chaân:

RS: choïn thanh ghi



0: thanh ghi leänh (chu kyø ghi ), côø baän cuûa boä ñeám ñòa chæ ( chu kyø ñoïc).

1: thanh ghi döõ lieäu ( cho caû chu kyø ñoïc vaø ghi ).

RW: choïn ñoïc hoaëc ghi

0: ñoïc

1: ghi

E: baét ñaàu ñoïc hoaëc ghi döõ lieäu.

DB3 – DB7 : 4 bit cao cuûa bus döõ lieäu, ñöôïc söû duïng ñeå giao tieáp giöõa MPU vaø HD44780U, chaân DB7 coù theå duøng nhö côø baän.

DB0 – DB3 : 4 bit thaáp cuûa bus döõ lieäu, khi giao tieáp 4 bit, boán chaân naøy khoâng ñöôïc söû duïng.

VCC vaø GND : chaân nguoàn cung caáp cho LCD.

Moâ taû caùc chöùc naêng:

Thanh ghi: HD44780U coù hai thanh ghi 8 bit: thanh ghi leänh ( IR) vaø thanh ghi döõ lieäu (DR). Thanh ghi IR löu tröõ maõ leänh ( nhö leänh hieån thò, xoùa maøn hình, di chuyeån con troû…) caùc leänh naøy ñöôïc ñieàu khieån töø MPU. Thanh ghi döõ lieäu DR löu tröõ döõ lieäu trong DDRAM vaø CGRAM, caùc döõ lieäu naøy ñöôïc ghi töø MPU vaø töï ñoäng caäp nhaát vaø RAM .

Côø baän ( Busy flag ): khi côø baèng 1, HD44780 thuïc hieän caùc leänh noäi, vieäc thöïc hieän caùc leänh töø MPU khoâng ñöôïc thöïc thi. Khi RS=0 vaø RW=1, côø baän ñöôïc ñöa ra chaân DB7, caùc leänh tieáp theo thöïc thi khi côø naøy baèng 0.

Boä ñeám ñòa chæ (AC ): khi ñòa chæ cuûa leänh ghi vaøo IR, noäi dung ñòa chó naøy ñöôïc caäp nhaät töø IR ñeán AC, choïn ñòa chæ treân DDRAM vaø CGRAM ñöôïc troû bôûi leänh. Sau khi ñoïc hoaëc ghi, AC töï taêng leân 1 vaø noäi dung ñöôïc ñaët treân DB0 – DB7 khi RS=0 vaø RW=1.



Caùc thoâng soá reset vaø caøi ñaët maøn hình:



Baûng 2.11 Baûng maõ caùc kyù töï



Baûng 2.12 Baûng maõ leänh ñieàu khieån:





CHÖÔNG 3 THIEÁT KEÁ PHAÀN CÖÙNG

3.1 THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG THU PHAÙT

Hình 3.1 Sô ñoà heä thoáng thu phaùt

Heä thoáng thu phaùt ñöôïc boá trí theo moät goùc khoaûng 450 ñeå queùt toaøn boä nôi muoán baûo veä vaø moãi caëp thu phaùt coù moät taàn soá khaùc nhau ñeå khoâng bò nhieãu laãn nhau, heä thoáng thu phaùt ñöôïc boá trí 5 caëp thu phaùt.

Caëp thu phaùt 1 ñöôïc thieát keá vôùi taàn soá 10KHz.





1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

HEÄ THOÁNG PHAÀN PHAÙT

HEÄ THOÁNG PHAÀN THU



3.2 THIEÁT KEÁ MAÏCH PHAÙT

3.2.1 Thieát keá sô ñoà maïch

9V

R1 47K

0

D4

DIODE

R2 47K

R4

47

D2

LED

C4104

R3

4.7K

U2

5551

7

3

4

5

6

2

8

GND

DIS

OUTPUT

RESET

CTTHRE

TRIGGER

VCC

D3

DIODE

C3102

Q22N2222

3.2.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng

Trong maïch hình 3.2 chaân ngöôõng (Threshold) soá 6 ñöôïc noái vôùi chaân naûy (Trigger) soá 2 neân hai chaân naøy coù chung ñieän aùp laø ñieän aùp treân tuï C3 ñeå so vôùi ñieän aùp chuaån 2/3 Vcc vaø 1/3 Vcc bôûi Opamp (1) vaø Opamp (2). Chaân 5 coù tuï nhoû, chaân 1 noái mass ñeå loïc nhieàu taàn soá cao coù theå laøm aûnh höôûng ñieän aùp chuaån 2/3 Vcc.

Chaân 4 noái nguoàn +Vcc neân khoâng duøng chöùc naêng Reset, chaân 7 xaû ñieän ñöôïc noái vaøo giöõa 2 ñieän trôû R1 vaø R2 taïo ñöôøng xaû ñieän cho tuï. Ngoõ ra chaân 3 ñöôïc noái vôùi maïch khueách ñaïi.

Khi môùi ñoùng ñieän tuï C3 baét ñaàu naïp töø 0V leân neân: - Opamp (1) coù Vi+ < Vi neân ngoõ ra V01 = möùc thaáp, ngoõ R = 0 (möùc thaáp) - Opamp (2) coù Vi+ > Vi neân ngoõ ra V02 = möùc cao, ngoõ S = 1 (möùc cao) - Maïch F/F coù ngoõ S = 1 neân Q = 1 vaø Q = 0. Luùc ñoù ngoõ ra chaân 3 coù Vo =

Vcc.

Hình 3.2 Sô ñoà Maïch phaùt



- Transistor T2 coù VB2 = 0 do Q = 0 neân T2 ngöng daãn vaø ñeå tuï C3 ñöôïc naïp

ñieän Tuï C3 naïp ñieän qua R1 vaø R2 vôùi haèng soá thôøi gian khi naïp laø: τnaïp = R1. C3 Khi ñieän aùp treân tuï taêng ñeán möùc 1/3 Vcc thì Opamp (2) ñoåi traïng thaùi, ngoõ ra

coù V02 = möùc thaáp, ngoõ S = 0. Khi S xuoáng möùc thaáp thì F/F khoâng ñoåi traïng thaùi neân ñieän aùp ngoõ ra vaãn ôû möùc cao.

Khi ñieän aùp treân tuï taêng ñeán möùc 2/3 Vcc thì Opamp (1) ñoåi traïng thaùi, ngoõ ra V01 = möùc cao, ngoõ R = 1.

- Maïch F/F coù ngoõ R = 1 neân Q = 1. Luùc ñoù chaân 3 coù Vo = 0V. Khi ngoõ Q =

1 seõ laøm T2 daãn baõo hoaø vaø chaân 7 noái mass laøm tuï C3 khoâng naïp tieáp ñieän aùp ñöôïc maø phaûi xaõ ñieän qua R2 vaø transistor T2 xuoáng mass. Tuï C3 xaõ ñieän qua R2 vôùi haèng soá thôøi gian laø:

τnaïp = R2 . C3 Khi ñieän aùp treân tuï – töùc laø ñieän aùp chaân 2 vaø chaân 6 giaûm xuoáng döôùi 2/3

Vcc thì Opamp (1) ñoåi trôû laïi traïng thaùi cuõ laø V01 = möùc thaáp, ngoõ R = 0. Khi R xuoáng möùc thaáp thì F/F khoâng ñoåi traïng thaùi neân ñieän aùp ngoõ ra vaãn ôû möùc thaáp. Khi ñieän aùp treân tuï giaûm xuoáng ñeán möùc 1/3 Vcc thì Opamp (2) laïi coù Vi+ > Vi- neân ngoõ ra coù V02 = möùc cao, ngoõ S= 1. Maïch F/F coù ngoõ S=1 vaø Q = 0, ngoõ ra chaân 3

qua maïch ñaûo coù Vo = +Vcc. Ñoàng thôøi luùc ñoù T2 maát phaân cöïc do V = 0 neân ngöng daãn vaø chaám döùt giai ñoaïn xaû ñieän cuûa tuï. Nhö vaäy maïch ñaõ trôû laïi traïng thaùi ban ñaàu vaø tuï naïp ñieän laïi töø möùc 1/3 Vcc leân ñeán 2/3 Vcc, hieän töôïng naøy seõ tieáp dieãn lieân tuïc vaø tuaàn hoaøn.

Khi môùi môû ñieän tuï C3 seõ naïp töø 0V leân 2/3 Vcc roài sau ñoù tuï xaû ñieän laø 2/3 Vcc xuoáng ½ Vcc chöù khoâng phaûi xaû xuoáng 0V. Nhöõng chu kyø sau tuï seõ naïp töø 1/3 Vcc leân 2/3 Vcc chöù khoâng naïp töø 0V nöõa.

Tín hieäu xung vuoâng töø chaân 3 cuûa IC 555 laø xung ñoái xöùng vaø coù doøng ñieän ra nhoû neân doøng ñieän naøy ñöa qua led phaùt hoàng ngoaïi seõ khoâng phaùt ñi xa ñöôïc. Chính vì vaäy, ñeå phaùt tín hieäu hoàng ngoaïi ñi xa khoaûng 3m – 6m em phaûi ñöa xung cuûa chaân 3 qua maïch transistor, maïch naøy ñöôïc maéc phaân cöïc sao cho noù daãn baõo hoaø vaø choïn doøng phaùt khoaûng 150 mA.



3.2.3 Tính toaùn vaø thieát keá

3.2.3.1 Maïch taïo xung

* Maïch phaùt 1: (f =10KHz) Maïch coù daïng soùng ngoõ ra ñoái xöùng neân ta tính toaùn nhö sau: tnaïp = 0,69 RA.C txaõ = 0,69 RB.C Ñeå maïch ñoái xöùng choïn RA = RB

1,45

( ).f

RA RB C=

+ (3.1)

f = 10KHz

=> RA = RB = 1,45

(2 10 ) 1x KHz x nF= 72,5 KΩ

Choïn RA = RB = 68KΩ Tính laïi taàn soá:

f = 1,45

(2 68 ) 1x K x nFΩ= 10,7 KHz

* Maïch phaùt 2: (f = 13KHz) Töø coâng thöùc 3.1 ta coù:

=> RA = RB = 1,45

(2 13 ) 1x KHz x nF= 55,8 KΩ


f = 1,45

(2 56 ) 1x K x nFΩ= 12,95 KHz


=> RA = RB = 1, 45

(2 15 ) 1x KHz x nF= 48,3 KΩ


f = 1, 45

(2 47 ) 1x K x nFΩ= 15,4 KHz




=> RA = RB = 1, 45

(2 18 ) 1x KHz x nF= 40,3 KΩ

Choïn RA = RB = 39KΩ (duøng ñieän trôû 21KΩ noái tieáp vôùi ñieän trôû 18 KΩ ) Tính laïi taàn soá:

f = 1,45

(2 39 ) 1x K x nFΩ= 18,6 KHz


=> RA = RB = 1,45

(2 22 ) 1x KHz x nF= 32,95 KΩ


f = 1,45

(2 33 ) 1x K x nFΩ= 21,97 KHz

3.2.3.2 Maïch khueách ñaïi tín hieäu phaùt

Tín hieäu töø IC 555 coù doøng nhoû neân khoâng phaùt ñöôïc xa, ñeå maïch phaùt xa ta ñöa tín hieäu qua maïch duøng transistor (H 3.3).

9V

R4

Vout Q12N2222

R3

D2

LED

Hình 3.3 Maïch khueách ñaïi tín hieäu phaùt Transistor hoaït ñoäng ôû cheá ñoä baõo hoøa:

Ic

Ib



4Vcc Vled Vcesat

RIc

− −= (3.2)

Choïn Ic = 150mA

=> 9 2 0,24 45,3

150

V V VR

mA

− −= = Ω

Choïn R4 = 47Ω Tính laïi doøng Ic:

9 2 0, 2145

47

V V VIc mA

− −= =

Ω

Ñeå Q1 baõo hoaø: Vebsat = 0,7V, Vout taïi chaân 3 IC 555 = 9V, 100β =

145

1,453 100

Vout Vebsat IcsatIb mA

R β

−= ⟩ = = (3.3)

=> 9 0,73 5,7

1,45 1,45

Vout Vebsat V VR K

mA mA

− −⟨ = = Ω

Choïn R3 = 4,7 KΩ

3.2.3.3 Daïng soùng cuûa maïch phaùt

Time

0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us

V(D1:1)

0V

1.0V

2.0V

3.0V

4.0V

5.0V

6.0V

7.0V

Hình 3.4 Daïng soùng ngoõ ra taïi chaân 2-6 cuûa IC 555



Time


V(R1:1)

-2.0V

0V

2.0V

4.0V

6.0V

8.0V

Time


V(U8:OUTPUT)

-2V

0V

2V

4V

6V

8V

10V

Hình 3.5 Daïng soùng taïi chaân 7 cuûa IC 555

Hình 3.6 Daïng soùng ngoõ ra cuûa chaân 3 IC 555



Daïng soùng taïi chaân B cuûa Transistor Q2

Daïng soùng taïi chaân C cuûa Transistor Q2

Time


V(Q1:B) V(Q1:C)

0V

2.0V

4.0V

6.0V

8.0V

Hình 3.7 Daïng soùng taïi cöïc B vaø cöïc C Transistor Q2



3.3 THIEÁT KEÁ MAÏCH THU

3.3.1 Thieát keá sô ñoà maïch thu

Q1C1815

0

R1100K

0

B1

D2

LED

9V

C1

223

VR20K

U1

LM567

1 2

3

47

8

6

5

OUT FIL

LFIL

INPUT

+VCC

GND

OUTPUT

TC

TR

Q3A1015

3

12

D3

N4148

Q2C1815

0

R7

47K

D1

PHOTODIODE R6

4.7K

R21M

0

0

R41M

C8100nR3

33K

C910uF

R533K

C710uF

0

C2

223

C4 103C5

2.2uF

C3

223

C61uF

0R8

1K0


Khi photodiode chöa nhaän tín hieäu hoàng ngoaïi phaùt ñeán thì coù doøng roø raát beù qua photodiode vaø tín hieäu treân R1 = 0. Maïch doø taàn khoâng doø ñöôïc taàn soá vaø tín hieäu ra cuûa Led hieån thò taét.

Khi photodiode nhaän ñöôïc tín hieäu hoàng ngoaïi töø phaàn phaùt thì doøng ñieän qua photo diode lôùn hôn vaø coù tín hieäu ra ñaùng keå treân R1. Tín hieäu treân caøng lôùn neáu phaàn phaùt ñaët caøng gaàn vaø caøng nhoû neáu tín hieäu phaùt ñaët caøng xa. Neáu ñeå tín hieäu treân ñöa tröïc tieáp vaøo phaàn doø taàn duøng IC 567 thì khoaûng caùch nhaän tín hieäu töø phaàn phaùt seõ khoâng ñöôïc xa. Ñeå khoaûng caùch ñöôïc xa ta phaûi ñöa tín hieäu töø photodiode qua taàng khueách ñaïi tröôùc khi ñöa vaøo phaàn doø taàn.

Ñeå khueách ñaïi tín hieäu töø photodiode lôùn hôn ta duøng maïch khueách ñaïi cöïc phaùt chung baèng hoài tieáp ñieän aùp vaø gheùp lieân taàng. Tín hieäu töø photodiode goàm coù ñieän aùp DC vaø tín hieäu xung qua tuï C1 loïc ñi ñieän aùp DC vaø cho tín hieäu xung ñi qua, tín hieäu xung sau khi qua tuï C1 ñöôïc transistor Q1 khueách ñaïi lôùn hôn vaø ñaûo pha. Tín hieäu sau khi ñöôïc khueách ñaïi qua tuï C2 loïc ñieän aùp DC vaø cho tín hieäu xung ñi qua, tín hieäu xung sau khi qua tuï C2 ñöôïc transistor Q2 khueách ñaïi leân lôùn hôn vaø ñaûo pha. Tín hieäu sau khi khueách ñaïi ñöôïc ñöa qua tuï C3 ñeå loïc ñieän aùp DC

Hình 3.8 Sô ñoà Maïch thu



vaø chæ cho tín hieäu xung ñi qua. Nhö vaäy tín hieäu töø photodiode ñöôïc khueách ñaïi vaø ñaûo pha 2 laàn cho ra tín hieäu xung lôùn hôn vaø ñoàng pha vôùi tín hieäu vaøo.

Tín hieäu sau khi khueách ñaïi ñöôïc ñöa vaøo chaân 3 cuûa maïch doø taàn duøng IC 567, ñeå doø ñöôïc taàn soá truøng vôùi taàn soá cuûa maïch phaùt ta choïn VR vaø C4 ñeå coù taàn soá trung taâm mong muoán, ñeå maïch hoaït ñoäng oån ñònh ta choïn VR töø 2KΩ ñeán 20KΩ vaø söï phoái hôïp heä soá VR vaø C4 taïo neân söï oån ñònh ñaày ñuû cho taàn soá muoán doø. Choïn tuï loïc thoâng thaáp C6 khoaûng 1µF, Tuï C5 laø tuï loïc ngoõ ra, seõ loaïi tröø ñi nhöõng nhieãu cho ngoõ ra, giaù trò tuï C5 thöôøng choïn laø 2C6. Ta ñieàu chænh VR sao cho taàn soá trung taâm cuûa IC 567 truøng vôùi taàn soá cuûa phaàn phaùt thì ngoõ ra chaân 8 cuûa IC 567 seõ xuoáng möùc thaáp (möùc 0). Neáu khoâng doø truøng taàn soá phaùt thì ngoõ ra chaân 8 luoân ôû möùc cao.

Ñieän aùp ra cuûa chaân 8 IC 567 ñöôïc ñöa qua transistor Q3, transistor Q3 ñöôïc phaân cöïc ñeå daãn ôû cheá ñoä baõo hoaø. Khi ngoõ ra cuûa chaân 8 IC 567 ôû möùc cao Q3 seõ taét vaø led hieån thò taét, diode 4148 khoâng daãn neân ngoõ ra B1 ôû möùc thaáp (0V). Khi ngoõ ra cuûa chaân 8 IC 567 ôû möùc thaáp Q3 seõ daãn vaø led saùng, diode 4148 daãn neân ngoõ ra B1 ôû möùc cao (9V). 3.3.3 Tính toaùn vaø thieát keá

3.3.3.1 Maïch khueách ñaïi cöïc phaùt chung baèng hoài tieáp ñieän theá

Hình 3.9 Maïch khueách ñaïi cöïc phaùt chung baèng hoài tieáp ñieän theá

* Tính toaùn maïch Q1

- DC: Duøng ñònh luaät Kirchhoff ñeå tính maïch: Vcc – I’cRc – IbRb – VBE = 0

I’c

Ic Ib

VBE 0

Q1C1815

R333K

C3

223

Q2C1815

C1

223

R21M

9V

R533K

C2

223

0

R41M



Trong ñoù: I’c = Ic + Ib = ( β +1)Ib

Neân Vcc – ( β +1)IbRc – IbRb – VBE = 0

( 1).

Vcc VBEIb

Rb Rcβ

−=

+ + (3.3)

Vcc – I’c.Rc – VCE = 0 Vcc – (β +1) Ib. Rc - VCE = 0

=> ( 1).

Vcc VCEIb

Rcβ

−=

+ (3.4)

Choïn β = 100,VCE khoaûng 3V vaø R3 = 33KΩ

Töø coâng thöùc 3.4 ta suy ra:

( 1). 3

Vcc VCEIb

Rβ

−=

+

=> 9 3

101.33

V VIb

K

−=

Ω= 1,8 µA

Thay Ib = 1,8µA vaøo bieåu thöùc 3.3 ta ñöôïc: 9 0,7

1,82 ( 1).33

V VA

R Kµ

β

−=

+ +

=> 9 0,72 (100 1).33

1,8

V VR K

Aµ

−= − +

R2 = 1,278KΩ Ta choïn R2 = 1MΩ Ic = βIb = 100 x 1,8µA = 0,18 mA = IE

re = 26 26144,4

0,18

mV

IE= = Ω

βre = 100 x 144,4 = 14.440 Ω - AC:

Rb

B

Rc

E

C

Hình 3.10 Maïch töông ñöông

+ Ñoä lôïi aùp: Vo

AvVi

=

β ib β re

i'

Zi

Vi

Ii

Io

Zo

ib



Ta coù: Io = βib + i’ # βib (do RB thöôøng raát lôùn) => Vo = - Rc Io = - β Rc ib Maø Vi = β re ib + (1+β) Rc ib # βre ib

Suy ra: e

Vo RcAv

Vi r= = − (3.5)

+ Toång trôû vaøo: Vi

ZiIi

=

Ta coù: Vi = β re ib

Vôùi ib = Ii + i’ = Ii + B

Vo Vi

R

−

=> Vi = β re Ii + e e

B B

r Vo r Vi

R R

β β−

Thay Vo = Av . Vi vaøo ta ñöôïc:

Vi = β re Ii + e e

B B

r r ViAvVi

R R

β β−

=> β re Ii = Vi + (1 ).e

B

rAv Vi

R

β−

= [1 (1 )e

B

rVi Av

R

β+ −

=> Zi = ViIi

= 1 (1 )

e

e

B

r

rAv

R

β

β+ −

Do Av < 0 => 1 – Av = 1 + Av # Av

=> 1

e

e

B

rZi

r Av

R

β

β=

+

(3.6)

+ Ñoä lôïi doøng: Io

AvIi

=

Maø VoIo

Rc= − ; Vi

IiZi

=

=> Vo Zi Vo ZiAi

Rc Vi Vi Rc= − = −

Hay: ZiAi Av

Rc= − (3.7)

+ Toång trôû ra:



VoZo

Io= , noái taét (Vi = 0) => ib = 0 vaø β ib = 0

=> Zo = Rc // RB (3.8) Thay caùc giaù trò vaøo caùc coâng thöùc 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 laàn löôït ta coù:

Ñoä lôïi aùp: 3 331 228,5

144, 4e

R KAv

r

Ω= − = − = −

Ω

Toång trôû vaøo: 100 144,41 3.358,5 3,3

100 144,4 228.511

12

e

e

r xZi K

x xr Av

MR

β

β

Ω= = = Ω ≈ Ω

Ω++

Ω

Ñoä lôïi doøng: 3,31 1 228,5 22,85

3 33

Zi KAi Av

R K

Ω= − = =

Ω

Toång trôû ra: Zo1 = R3// R2 = 33 .131,95

33 1

K MK

K M

Ω Ω= Ω

Ω+ Ω

* Tính toaùn maïch Q2

- DC: Duøng ñònh luaät Kirchhoff ñeå tính maïch: Vcc – I’cRc – IbRb – VBE = 0 Trong ñoù: I’c = Ic + Ib = ( β +1)Ib

Neân Vcc – ( β +1)IbRc – IbRb – VBE = 0

( 1).

Vcc VBEIb

Rb Rcβ

−=

+ + (3.9)

Vcc – I’c.Rc – VCE = 0 Vcc – (β +1) Ib. Rc - VCE = 0

=> ( 1).

Vcc VCEIb

Rcβ

−=

+ (3.10)

Choïn β = 100,VCE khoaûng 3V vaø R5 = 33KΩ

Töø coâng thöùc 3.10 ta suy ra:

( 1). 5

Vcc VCEIb

Rβ

−=

+

=> 9 3

101.33

V VIb

K

−=

Ω= 1,8 µA

Thay Ib = 1,8µA vaøo bieåu thöùc 3.9 ta ñöôïc: 9 0,7

1,84 ( 1).33

V VA

R Kµ

β

−=

+ +

=> 9 0,74 (100 1).33

1,8

V VR K

Aµ

−= − +



R4 = 1,278KΩ Ta choïn R4 = 1MΩ Ic = βIb = 100 x 1,8µA = 0,18 mA = IE

re = 26 26144,4

0,18

mV

IE= = Ω

βre = 100 x 144,4 = 14.440 Ω - AC:

Rb

B

Rc

E

C

Hình 3.10 Maïch töông ñöông

+ Ñoä lôïi aùp: Vo

AvVi

=

Ta coù: Io = βib + i’ # βib (do RB thöôøng raát lôùn) => Vo = - Rc Io = - β Rc ib Maø Vi = β re ib + (1+β) Rc ib # βre ib

Suy ra: e

Vo RcAv

Vi r= = − (3.5)

+ Toång trôû vaøo: Vi

ZiIi

=

Ta coù: Vi = β re ib

Vôùi ib = Ii + i’ = Ii + B

Vo Vi

R

−

=> Vi = β re Ii + e e

B B

r Vo r Vi

R R

β β−

Thay Vo = Av . Vi vaøo ta ñöôïc:

Vi = β re Ii + e e

B B

r r ViAvVi

R R

β β−

=> β re Ii = Vi + (1 ).e

B

rAv Vi

R

β−

= [1 (1 )e

B

rVi Av

R

β+ −

β ib β re

i'

Zi

Vi

Ii

Io

Zo

ib



=> Zi = ViIi

= 1 (1 )

e

e

B

r

rAv

R

β

β+ −

Do Av < 0 => 1 – Av = 1 + Av # Av

=> 1

e

e

B

rZi

r Av

R

β

β=

+

(3.6)

+ Ñoä lôïi doøng: Io

AvIi

=

Maø VoIo

Rc= − ; Vi

IiZi

=

=> Vo Zi Vo ZiAi

Rc Vi Vi Rc= − = −

Hay: ZiAi Av

Rc= − (3.7)

+ Toång trôû ra: Vo

ZoIo

= , noái taét (Vi = 0) => ib = 0 vaø β ib = 0

=> Zo = Rc // RB (3.8) Thay caùc giaù trò vaøo caùc coâng thöùc 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 laàn löôït ta coù:

Ñoä lôïi aùp: 5 332 228,5

144,4e

R KAv

r

Ω= − = − = −

Ω

Toång trôû vaøo: 100 144, 42 3.358,5 3,3

100 144,4 228.511

14

e

e

r xZi K

x xr Av

MR

β

β

Ω= = = Ω ≈ Ω

Ω++

Ω

Ñoä lôïi doøng: 3,32 2 228,5 22,85

5 33

Zi KAi Av

R K

Ω= − = =

Ω

Toång trôû ra: Zo2 = R5// R4 = 33 .131,95

33 1

K MK

K M

Ω Ω= Ω

Ω+ Ω

- Ñoä lôïi aùp toång: AVT = Av1.Av2 = -228,5x(-228,5) = 52.212,3

3.3.3.2 Tính toaùn maïch dao ñoäng 567



9V

VR20K

C61uF

U1

LM567

1 2

3

47

8

6

5

OUT FIL

LFIL

INPUT

+VCC

GND

OUTPUT

TC

TR

C52.2uFC4 103

0 Hình 3.11 Maïch dao ñoäng duøng 567

* Maïch doø taàn 1: Maïch LM567 laøm vieäc ôû taàn soá khoaûng 10KHz ñeå thu ñöôïc tín hieäu töø maïch phaùt 1.

1

1,1fo

RC=

Ta choïn tuï C4 = 10nF

=> R1= 1 19.1

1,1. . 1,1 10 10K

foC x KHzx nF= = Ω

* Maïch doø taàn 2: Maïch laøm vieäc ôû taàn soá khoaûng 13KHz ñeå thu ñöôïc tín hieäu töø maïch phaùt 2.

1

1,1fo

RC=


=> R2= 1 17

1,1. . 1,1 13 10K

foC x KHzx nF= ≈ Ω

* Maïch doø taàn 3: Maïch laøm vieäc ôû taàn soá khoaûng 15KHz ñeå thu ñöôïc tín hieäu töø maïch phaùt 3.

1

1,1fo

RC=


=> R3= 1 16.1

1,1. . 1,1 15 10K

foC x KHzx nF= = Ω

* Maïch doø taàn 4: Laøm vieäc ôû taàn soá khoaûng 18KHz ñeå thu ñöôïc tín hieäu töø maïch phaùt 4.



1

1,1fo

RC=


=> R4= 1 15.1

1,1. . 1,1 18 10K

foC x KHzx nF= = Ω

* Maïch doø taàn 5: Laøm vieäc ôû taàn soá khoaûng 22KHz ñeå thu ñöôïc tín hieäu töø maïch phaùt 5.

1

1,1fo

RC=


=> R5= 1 14.1

1,1. . 1,1 22 10K

foC x KHzx nF= = Ω

Theo thöïc teá ta choïn bieán trôû VR khoaûng 20KΩ ñeå ñieàu chænh cho maïch thu nhaän ñöôïc taàn soá truøng vôùi taàn soá maïch phaùt. 3.3.3.3 Tính toaùn maïch hieån thò nhaän tín hieäu

Transistor A1015 coù heä soá khuyeách ñaïi β=90 phaân cöïc sao cho daãn baõo hoaø cung caáp nguoàn ñieän cho led.

Vôùi caùc thoâng soá: Vcc = 9V, β=90 Choïn Iled= 10mA, Vled = 2V. Khi transistor baõo hoaø: VCes= 0.2V

Hình 3.12 Maïch hieån thò led nhaän tín hieäu

R8

680C910uF

Q3A1015

3

12

B1

0

R6

4.7K

R7

47K

D2

LED

0

D3

N4148



Ta coù:

8Vcc Vces Vled

RIled

− −=

9 0,2 28

10

V V VR

mA

− −=

R8 = 680Ω Thöïc teá choïn ñieän trôû R8 = 680KΩ, khi ñoù doøng ICs = Iled = 10 mA Ñieàu kieän ñeå transistor baõo hoaø: Ib Icsβ ≥

⇒ 100,11

90

IcsIb mA

β≥ = =

Choïn Ib = 0,2 mA, ta coù: Khi baõo hoøa:

. 6 9 . 6

6 7 6 7

Vcc R V RVB

R R R R= =

+ +

0,2VB

Ib mARB

= =

6. 7

6 7

R RRB

R R=

+

Choïn R6 = 4,7KΩ ⇒ R7 = 47KΩ Caùc giaù trò ñieän trôû ñaûm baûo cho transistor thoaû ñieàu kieän daãn baõo hoaø.



3.4 THIEÁT KEÁ MAÏCH XÖÛ LYÙ VAØ HIEÅN THÒ

3.4.1 Thieát keá sô ñoà nguyeân lyù

Hình 3.13 Sô ñoà maïch xöû lyù ñaàu vaøo

R84.7K

B2

0

B1

L3

LS2

RELAY_SPDT_1A

35

412

0

U3 4N351 6

2

5

4

L5

U6 4N351 6

2

5

4

R14

270

U4 4N351 6

2

5

4

0

R74.7K

00

L5

R94.7K

R54.7K

0

0

U5 4N351 6

2

5

4

B4

J3

CON2

12

R10

270

J1 CON5

12345

R64.7K

R12

270

0

5V

L2

B4

R11

270

B3

Q12N2222

L1

5V

L2

R11K

B5

D2

4007

L1

0

B1

J5CON3

1230

L4

0

B5

L3

B3

U2 4N351 6

2

5

4

0

R13

270

L4

J4

CON1

1

B2

5V

J2CON5

12345



Hình 3.14 Sô ñoà maïch vi xöû lyù vaø hieån thò


P0.6

C9 33P

R2100

R/W

R4

C1110MF

R/W

C3

P0.4

VCC

R4

R1

VCC

E

P0.6

SW1

RESET

C3

VCC

C4

R2

C2

U4

LCD

3

45

6

7891011121314

1516

Vee

RSR/W

E

DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7

LED ALED C

R310K

P0.1

RST

P0.3

RST

P0.3

P0.5R3

VCC

E

P0.5

P0.7

C4

J3

12345678

P0.7

VCC

C1

Y1

12MHZ

R1

P0.0

RS

U3

AT89C51

9

1819

2930

31

12345678

212223242526272810

11121314151617

3938373635343332

RST

XTAL2XTAL1

PSENALE/PROG

EA/VPP

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXD

P3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD

P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7

R3

C8 33P

RS

P0.0R1

103

1 23456789

C1

J2

PORT 1

12345678

C2

R2

P0.2

P0.1

P0.4

P0.2

VR1

5K



Ñieän aùp ngoõ ra töø B1 ñeán B5 cuûa maïch doø taàn ñöôïc ñöa vaøo caùc opto 4N35 (vì ñieän aùp ra cuûa maïch doø taàn lôùn gaàn 9V). Khi ngoõ ra töø maïch doø taàn ôû möùc cao (chöa coù vaät caûn) thì opto daãn neân coù ñieän aùp 5V caáp cho chaân xöû lyù vaø khi ngoõ ra töø maïch doø taàn ôû möùc thaáp (coù vaät caûn) thì opto taét neân coù khoâng coù ñieän aùp (0V) caáp cho chaân xöû lyù.

Chöông trình xöû lyù seõ queùt laàn löôït 5 chaân vaøo, khi ñieän aùp vaøo ôû möùc 1 thì ngoõ ra cuûa vi xöû lyù seõ ôû möùc thaáp maïch baùo ñoäng chuoâng khoâng hoaït ñoäng vaø maïch hieån thò xuaát hieän vaät caûn cuõng khoâng hieån thò. Khi tín hieäu vaøo ôû möùc thaáp thì ngoõ ra cuûa vi xöû lyù seõ ôû möùc cao ñieàu khieån tín hieäu baùo chuoâng (tín hieäu naøy seõ baùo lieân tuïc cho ñeán khi ta taét maïch). Ñoàng thôøi tín hieäu ngoõ ra cuõng ñieàu khieån maïch hieån thò Led ñeå hieån thò vò trí coù vaät caûn.

3.4.3 Tính toaùn vaø thieát keá

Led 7 ñoaïn choïn loaïi led ñoû coù doøng qua led töø 10mA-20mA, ñieän aùp giöõa hai ñaàu AK laø 2V.

Transistor A1015 coù heä soá khuyeách ñaïi β=90 phaân cöïc sao cho daãn baõo hoaø cung caáp nguoàân ñieän cho led.

Ñeå tính toaùn phaân cöïc, ta veõ sô ñoà töông ñöông giöõa transistor vôùi led nhö sau: Vôùi caùc thoâng soá: Vcc = 5V, β=90 Choïn Iled= 10mA, Vled = 2V. Khi transistor baõo hoaø: VCes= 0.2V Ta coù:

VCC=5V

R1

1K

D1

LED

R led270

Q2

A1015

2

1

3

L2

0

R210K



Vcc Vces VledRled

Iled

− −=

5 0,2 2

10

V V VRled

mA

− −=

Rled = 280 Ω Thöc teá chon ñieän trôû Rled = 270 Ω, khi ñoù doøng Ices = Iled = 10.4mA Ñieàu kieän ñeå transistor baõo hoaø: β.Ib ≥ Ices

⇒ 10,4

90

IcesIb

β≥ = = 0.115 mA

Choïn Ib = 0.5 mA, ta coù: Khi baõo hoøa:

. 1 5 . 1

1 2 1 2

Vcc R V RVb

R R R R= =

+ + (3.11)

VbIb

Rb= = 0.5mA (3.12)

1. 2

1 2

R RRb

R R=

+ (3.13)

Choïn R1 = 1KΩ Töø coâng thöùc 3.11, 3.12, 3.13 ta suy ra:

5. 11 21. 2

1 2

R

R RIbR R

R R

+=

+

= 0.5mA

0.5 = 5. 1 5 1

1. 2 1 2

R x

R R xR=

⇒ R2 = 5

0.5

V

mA= 10KΩ

Caùc giaù trò ñieän trôû ñaûm baûo cho transistor thoaû ñieàu kieän daãn baõo hoaø.



3.5 THIEÁT KEÁ MAÏCH NGUOÀN

3.5.1 Thieát keá sô ñoà nguyeân lyù

U1LM7805 / TO220

1 3

2

IN OUT

GND

J3

24VAC

12

C91000uF/50V

C7100uF/25V

C4100uF/25V

- +

D2

DIODE BRIDGE

1

2

3

4

J6

CON2

12

J4

CON2

12C6

104

C10104

C2104

J2

CON2

12

C51000uF/50V

U2LM7809 / TO220

1 3

2

IN OUT

GND

J1

24VAC

12

C8CAP NP

U3LM 317 / TO220

3

1

2VIN

ADJ

VOUTJ5

24VAC

12

- +

D1

DIODE BRIDGE

12

34

R1

5K

13

2

R2240

C1110uF

C3104

C11000uF/50V

- +

D3

DIODE BRIDGE

1

2

3

4

Hình 3.15 Sô ñoà nguyeân lyù maïch nguoàn


Taát caû caùc maïch hình 3.14 a, b, c ñeàu ñöôïc caáp nguoàn 24VAC, ñieän aùp AC qua caàu diode chænh löu thaønh ñieän aùp DC vaø qua tuï loïc ñi gôïn soùng ñeå ñieän aùp DC ra ñöôïc phaúng. ÔÛ maïch a vaø b ñieäp aùp DC sau khi ñöôïc loïc qua IC oån aùp 7809 vaø 7805 cho ñieän aùp DC oån ñònh ôû möùc 9V vaø 5V ñeå caáp cho maïch phaùt vaø maïch xöû lyù.

ÔÛ maïch hình 3.14c ñieäp aùp sau khi ñöôïc loïc ñöa qua IC 317 ñeå ñieàu chænh ñieän aùp ra töø 1,25V ñeán 27V ñeå caáp cho maïch thu.

Vout = 1.25V. 2(1 )

1

R

R+ + Iadj.R2

(a)

(b)

(c)



CHÖÔNG 4 THIEÁT KEÁ PHAÀN MEÀM

4.1 LÖU ÑOÀ GIAÛI THUAÄT 4.1.1 Giaûi thuaät chöông trình chính

Begin

CT Setup Ñaët R1 = 00

Hieån thò lôøi chaøo

Delay 1s

CLR LCD

Kieåm tra ñaàu vaøo

So saùnh R1 = 00 ?

Set R1 = 01

Xuaát out Hieån thò khoâng

tín hieäu

Coù

Khoâng

Coù

Khoâng



Khi reset CPU hay khi môùi caáp ñieän thì chöông trình chính baét ñaàu. Ñaàu tieân chöông trình seõ tieán haønh xoaù RAM, thieát laäp LCD, Ñònh nghóa timer 0 hoaït ñoäng ôû mode 1 töùc mode ñeám 16 bit, Ñaët P0 = 00H, P1 = 0FFH. Ñaët vò trí muoán hieån thò, choïn coät vaø doøng ñeå hieån thò, ñaët giaù trò hieån thò vaø goïi chöông trình con hieån thò. Tieáp theo goïi chöông trình delay 1s ñeå lôøi chaøo hieån thò. Sau ñoù seõ xoaù maøn hình LCD.

Sau khi khôûi taïo caùc giaù trò ban ñaàu thì chöông trình chính kieåm tra tín hieäu ôû chaân P1.0, P1.1, P1.2, P1.3, P1.4 coù tín hieäu troäm hay khoâng, neáu khoâng thì xuaát ra LCD doøng chöõ: “Khoâng coù tín hieäu” vaø quay veà kieåm tra tín hieäu vaøo, quaù trình naøy ñöôïc laëp laïi lieân tuïc. Neáu coù tín heäu troäm thì xuaát tín hieäu ra chaân P1.7 möùc 1 ñeå ñieàu khieån ñoùng relay, ñoàng thôøi xuaát ra LCD doøng chöõ: “Coù tín hieäu ôû: 1 hoaëc 2 hoaëc 3 hoaëc 4 hoaëc 5”



4.1.2 Giaûi thuaät chöông trình con kieåm tra tín hieäu ñaàu vaøo

Baét ñaàu

IN1 = 0 ?

IN2 = 0 ?

IN3 = 0 ?

IN4 = 0 ?

IN5 = 0 ?

Xuaát out R1 = 01

Hieån thò vò trí 1

Xuaát out R1 = 01


Xuaát out R1 = 01


Xuaát out R1 = 01


Xuaát out R1 = 01


Y

Y

Y

Y

Y

Keát thuùc



Ñaàu chöông trình seõ kieåm tra tín hieäu vaøo P1.0, neáu baèng 0 thì xuaát ra LCD: “Coù tín hieäu ôû: 1”, neáu P1.0 khoâng baèng 0 thì kieåm tra tín hieäu vaøo P1.1 neáu baèng 0 thì xuaát ra LCD: “Coù tín hieäu ôû: 2”, neáu P1.2 khoâng baèng 0 thì kieåm tra tín hieäu vaøo P1.2 neáu baèng 0 thì xuaát ra LCD: “Coù tín hieäu ôû: 3”, neáu P1.2 khoâng baèng 0 thì kieåm tra tín hieäu vaøo P1.3 neáu baèng 0 thì xuaát ra LCD: “Coù tín hieäu ôû: 4”, neáu P1.3 khoâng baèng 0 thì kieåm tra tín hieäu vaøo P1.4 neáu baèng 0 thì xuaát ra LCD: “Coù tín hieäu ôû: 5”, neáu P1.4 khoâng baèng 0 thì keát thuùc chöông trình con.

4.1.3 Giaûi thuaät chöông trình con Delay

TH0 = high (+50000) TL0 = low (-50000) TR0 =1

Y

Y

R7 = R7-1

R7 =0

RET

N

N

BEGIN

R7 = 20

TR0 = 0 TF0 = 0

TF0 =1



Ñaây laø chöông trình phuïc vuï cho caùc chöông trình khaùc khi ñöôïc goïi ñeán. Khi ñoù chöông trình coù nhieäm vuï laøm treã ñi moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh ñöôïc caøi ñaët tröôùc.

Ñaàu tieân chöông trình naïp cho thanh ghi R7 = 20, taét timer 0 baèng caùch xoùa TR0, xoùa côø baùo traøn TF0. Sau ñoù TH0 ñöôïc naïp byte cuûa (-50000) vaø byte thaáp cuûa (-50000) ñöôïc naïp vaøo TL0. Con soá (-50000) laø con soá cuûa heä soá 10, daáu tröø töôïng tröng cho caùc bit cao laø bit 0.

Sau khi naïp thôøi haèng cho hai thanh ghi chöông trình seõ baät timer 0. Timer 0 ñöôïc ñeám ôû cheá ñoä mode 1, ñeám 16 bit, timer 0 töï ñoäng ñeám leân cho ñeán FFFFH, roài xuoáng 0000H. Luùc ñoù côø traøn TF0 ñöôïc baät leân 1. Chöông trình laïi tieáp tuïc giaûm R7, vaø khi R7 chöa baèng 0 thì chöông trình laëp laïi quaù trình ñeám cuûa timer 0.

Khi R7 = 0 thì chöông trình seõ thoaùt veà töø goïi chöông trình con.

Caùch tính thôøi gian chöông trình delay: Vôùi chu kyø cuûa xung timer laø 1us thì Tdelay ñöôïc tính nhö sau: Tdelay = 20 x 50000 = 1000000 µ s = 1 s

4.2 CHÖÔNG TRÌNH

;KHAI BAO BIEN DATABUS EQU P0 BUFFER_DATA EQU 30H WRDATA EQU 31H EN BIT P3.7 RS BIT P3.6 RW BIT P3.5 IN1 BIT P1.0 IN2 BIT P1.1 IN3 BIT P1.2 IN4 BIT P1.3 IN5 BIT P1.4 OUT BIT P1.7 ;************************************* ORG 0000H SETUP:



MOV TMOD,#01H MOV P0,#00H MOV P1,#0FFH CLR OUT LCALL XOA_RAM LCALL INIT_LCD ; THIET LAP LCD MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'PHAM HOANG AN',0 MOV A,#2 ;HIEN THI DONG 2 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'MSSV: 402T0222 ',0 LCALL DELAY_1S LCALL CLEAR_LCD MOV R1,#00 ;********************************************** MAIN: JNB IN1,CHECK_2 SETB OUT MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'CO TIN HIEU O:',0 MOV A,#2 ;HIEN THI DONG 2



MOV B,#2 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB '1',0 MOV R1,#01 CHECK_2: JNB IN2,CHECK_3 SETB OUT MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'CO TIN HIEU O:',0 MOV A,#2 ;HIEN THI DONG 2 MOV B,#5 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB '2',0 MOV R1,#01 CHECK_3: JNB IN3,CHECK_4 SETB OUT MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'CO TIN HIEU O:',0 MOV A,#2 ;HIEN THI DONG 2 MOV B,#8 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB '3',0 MOV R1,#01



CHECK_4: JNB IN4,CHECK_5 SETB OUT MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'CO TIN HIEU O:',0 MOV A,#2 ;HIEN THI DONG 2 MOV B,#11 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB '4',0 MOV R1,#01 CHECK_5: JNB IN5,NO_SIGNAL SETB OUT MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'CO TIN HIEU O:',0 MOV A,#2 ;HIEN THI DONG 2 MOV B,#14 LCALL PLACECUR LCALL WRITE_STRING_LCD DB '5',0 MOV R1,#01 NO_SIGNAL: CJNE R1,#00,EXIT MOV A,#1 ;HIEN THI DONG 1 MOV B,#1 LCALL PLACECUR



LCALL WRITE_STRING_LCD DB 'KHONG TIN HIEU !',0 EXIT: LJMP MAIN ;******************************************* ;CHUONG TRINH PHUC VU CHO LCD ;******************************************* INIT_LCD: ;KHAI BAO LCD MOV R7,#07 SETUP_FUNCTION_LCD: SETB EN CLR RS CLR RW MOV DATABUS,#00111000B ; FUNCTION SET:8 BIT - 2 LINE - 5X8 DOT CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD DJNZ R7,SETUP_FUNCTION_LCD LCALL SET_CUR_MODE LCALL ENTRY_MODE_SET LCALL CLEAR_LCD RET SET_CUR_MODE: SETB EN CLR RS CLR RW MOV DATABUS,#00001100B ;DISPLAY ON/OFF CONTROL:CURSOR CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD



RET ENTRY_MODE_SET: SETB EN CLR RS CLR RW MOV DATABUS,#00001100B CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD RET SHIFT_CUR: ; SHIFT/NO SHIFT CURSOR SETB EN CLR RS CLR RW MOV DATABUS,#00010100B CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD RET CLEAR_LCD: ;XOA MAN HINH VA DUA CON TRO VE DAU DONG SETB EN CLR RS CLR RW MOV DATABUS,#00000001B ;CLEAR DISPLAY CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD RET ;******************************************************** CHECK_BUSY_LCD: CLR EN SETB EN



CLR EN CLR RS MOV DATABUS,#0FFH SETB RW PEW: SETB EN MOV A,DATABUS CLR EN SETB EN CLR EN JB ACC.7,PEW RET ;************************************************ WRITE_TEXT: ;CHUONG TRING GHI KY TU VAO LCD MOV BUFFER_DATA,A MOV WRDATA,A SETB EN SETB RS CLR RW MOV DATABUS,A CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD RET ;************************************************ WRITE_STRING_LCD: POP DPH ; POP RETURN ADDRESS INTO DPTR POP DPL PRTNEXT: CLR A ; SET OFFSET = 0 MOVC A, @A+DPTR ; GET CHR FROM CODE MEMORY CJNE A, #0, CHROK ; IF CHR = 0 THEN RETURN SJMP RETPRTLCD



CHROK: ACALL WRITE_TEXT ; SEND CHARACTER INC DPTR ; POINT AT NEXT CHARACTER AJMP PRTNEXT ; LOOP TILL END OF STRING RETPRTLCD: MOV A, #1H ; POINT TO INSTRUCTION AFTER STRING JMP @A+DPTR ; RETURN WITH A JUMP INSTRUCTION ;*********************************************** PLACECUR: ; CHUONG TRINH DI CHUYEN CON TRO DEC ACC ; ACC=0 FOR LINE=1 JNZ LINE2 ; IF ACC=0 THEN FIRST LINE MOV A, B ADD A, #080H ; CONSTRUCT CONTROL WORD FOR LINE 1 SJMP SETCUR LINE2: MOV A, B ADD A, #0C0H ; CONSTRUCT CONTROL WORD FOR LINE 2 SETCUR: SETB EN CLR RS CLR RW MOV DATABUS,A CLR EN LCALL CHECK_BUSY_LCD NOP RET ;***************************************** XOA_RAM: MOV R0,#20H DELRAM:



INC R0 MOV @R0,#00H CJNE R0,#80,DELRAM RET ;******************************************* DELAY_1S: MOV R7,#20 DELAY: MOV TH0,#HIGH(-50000) MOV TL0,#LOW(-50000) SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TR0 CLR TF0 DJNZ R7,DELAY RET END

Chöông 5 : Phaàn thi coâng vaø keát quûa thi coâng


CHÖÔNG 5 PHAÀN THI COÂNG VAØ KEÁT QUÛA THI COÂNG

5.1 GIAI ÑOAÏN CHUAÅN BÒ:

Ñeå tieán haønh giai ñoaïn thi coâng, ñaàu tieân ta phaûi löïa choïn linh kieän ñöôïc söû duïng. Caùc IC ñöôïc test tröôùc khi duøng, söû duïng linh kieän môùi, tuï ñieän vaø ñieän trôû ñöôïc choïn coù sai soá ± 10%. Söû duïng moät testboard cho vieäc caân chænh söûa chöûa vaø thay ñoåi ñöôïc deã daøng.

• Chuaån bò moät VOM, taàn soá keá, Oscillatior ñeå ño ñaïc • Chuaån bò moät boä nguoàn chuaån xaùc coù ñieän aùp +5V, +9V (söû duïng

nguoàn maùy tính)

5.2 GIAI ÑOAÏN VEÕ MAÏCH IN:

Ñeå thieát keá maïch in ta coù theå söû duïng phaàn meàm ñeå trôï giuùp nhö: ORCAD hay EAGLE. Coù theå veõ tröïc tieáp baèng vieát loâng daàu, sôn hay coù theå ñaët laøm baèng coâng ngheä in luïa.

5.3 GIAI ÑOAÏN LAÉP RAÙP:

Thöù töï laép raùp: Ñeå quaù trình thi coâng tieán haønh thuaän lôïi, sai soùt sô xuaát hay hö hoûng linh kieän laø thaáp nhaát thì caàn phaûi coù thöù töï laép raùp nhö sau:

• Kieåm tra maïch in vôùi sô ñoà nguyeân lyù • Laép raùp cô baûn nhö ñeá IC, pinhead ….. • Laép raùp töøng khoái baèng caùch raùp ôû ngoaøi tröôùc baèng testboard, söûa

chöõa caân chænh tröôùc khi raùp vaøo maïch • Vieát chöông trình phaàn meàm, naïp vaø chaïy thöû chöông trình • Laép raùp hoaøn chænh, kieåm tra vaø chaïy thöû. Ghi nhaän keát quaû ñeå coù

phöông aùn söûa chöõa khi coù sai soùt

5.4 KEÁT QUÛA THI COÂNG

Muïc tieâu cuûa ñeà taøi laø thieát keá vaø thi coâng heä thoáng choáng troäm baèng IR duøng vi xöû lyù, ñoàng thôøi heä thoáng coøn hieån thò caû vò trí troäm xuaát hieän giuùp cho ta xöû lyù moät caùch hieäu quaû.

Chöông 5 : Phaàn thi coâng vaø keát quûa thi coâng


Heä thoáng hoaït ñoäng oån ñònh oå cöï ly khoaûng 3- 6m, öùng duïng cuûa noù raát tieän ích cho caùc nhaø daân, chung cö, xí nghieäp , kho chöùa haøng . . .

Chöông 6: Keát luaän vaø höôùng phaùt trieån ñeà taøi


CHÖÔNG 6

KEÁT LUAÄN VAØ HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN ÑEÀ TAØI

6.1 KEÁT LUAÄN

Trong thôøi gian laøm ñeà taøi, vôùi söï haïn cheá veà thôøi gian vaøtaøi lieäu vì vaäy ñoøi hoûi baûn thaân em phaûi coá gaéng tìm toøi vaø nhieät tình trong coâng vieäc nghieân cöùu ñeà taøi vaø cuoái cuøng ñeà taøi ñaõ hoaøn thaønh moät caùch troïn veïn. Ñoù laø keát quaû cuûa moät thôøi gian daøi noå löïc cuûa em thôøi gian nghieân cöùu vaø döôùi söï höôùng daãn taän tình cuûa giaùo vieân höôùng daãn cuøng vôùi söï giuùp ñôõ cuûa nhaø tröôøng neân ñeà taøi ñaõ hoaøn thaønh ñuùng thôøi haïn.

Vôùi ñeà taøi naøy, yeâu caàu phaûi coù kieán thöùc toång quaùt veà nhieàu maët: kieán thöùc veà kyõ thuaät xung, maïch ñieän töû 1, maïch ñieän töû 2, kieán thöùc phaàn cöùng vaø phaàn meàm cuûa vi xöû lyù, kieán thöùc veà quang ñieän töû ….

Ñeà taøi “Heä thoáng choáng troäm baèng hoàng ngoaïi duøng Vi xöû lyù” laø söï keát hôïp giöõa caùc khoái taïo thaønh moät heä thoáng hoaøn chænh. Trong ñeà taøi nghieân cöùu ñaõ trình baøy khaù saâu saéc veà caáu truùc vaø chöùc naêng töøng khoái cuûa phaàn cöùng, phaàn meàm giuùp cho ngöôøi ñoïc deã daøng naém ñöôïc caáu truùc vaø chöùc naêng cuûa maïch. Noäi dung ñeà taøi ñöôïc trình baøy ñaày ñuû, hình thöùc roõ raøng, töø ngöõ thoâng duïng vaø deã hieåu giuùp cho ngöôøi ñoïc hieåu ñöôïc moät caùch deã daøng ñeå vaän duïng ñuùng ñaén vaø chính xaùc.

6.2 HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN CUÛA ÑEÀ TAØI

Vôùi “Heä thoáng choáng troäm baèng hoàng ngoaïi duøng Vi xöû lyù”, ta coù theå phaùt trieån theâm chöùc naêng caäp nhaät ngaøy giôø xaûy ra khi coù keû troäm ñoät nhaäp vaø nghi laïi ñöôïc hình aûnh töø luùc phaùt hieän ñöôïc keû troäm ñoät nhaäp baèng camera thoâng qua maïng internet ñeå löu tröõ vaøo maùy tính muoán quan saùt.

Ñoàng thôøi, chuùng ta coù theå phaùt trieån theo höôùng ñöa heä thoáng naøy giao tieáp vôùi maùy tính. Sau ñoù, ñöa chöùc naêng ñieàu khieån vaø baùo ñoäng leân maïng internet. Töùc heä thoáng naøy vaãn hoaït ñoäng bình thöôøng ôû cheá ñoä nhö tröôùc nhöng baây giôø heä thoáng naøy ñöôïc giao tieáp vôùi maïng maùy tính. Neáu chuùng ta söû duïng maïng thì nhöõng thoâng tin veà ñieàu khieån, baùo ñoäng seõ phong phuù vaø coù nhieàu chöùc naêng hôn.

Chöông 6: Keát luaän vaø höôùng phaùt trieån ñeà taøi


Nhìn chung ñaây laø höôùng phaùt trieån khaù lyù thuù vaø khaû thi trong ñieàu kieän nöôùc nhaø nhö hieän nay. Ñoù laø moät heä thoáng chöùc naêng ña duïng, tieän ích, hieän ñaïi, kinh teá khoâng ngoaøi muïc ñích naâng cao ñôøi soáng tieän ích cho con ngöôøi.


TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

1. Ngoâ Anh Ba, Ampli Hifi vaø maïch ñieän töû, Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc Kyõ Thuaät Haø Noäi, 1996.

2. Nguyeãn Taán Phöôùc, Giaùo trình “Kyõ thuaät xung”, Nhaø Xuaát Baûn Thanh Hoaù,1998.

3. Toáng Vaên On, Hoaøng Ñöùc Haûi, Hoï Vi Ñieàu Khieån 8051. Nhaø Xuaát Baûn Lao Ñoäng – Xaõ Hoäi, 2005.

4. Döông Minh Trí, Linh kieän Quang Ñieän Töû, Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät, 2004.

5. Phan Quoác Phoâ, Nguyeãn Ñöùc Chieán, Giaùo trình Caûm bieán, Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc vaø Kyõ Thuaät, 2005.

6. Döông Minh Trí, Caûm bieán vaø ÖÙng duïng, Nhaø Xuaát Baûn Treû, 2007.

7. Hoà Trung Myõ, Vi Xöû Lyù, Nhaø Xuaát Baûn Ñaïi Hoïc Quoác Gia TP.HCM, 2006.

8. Leâ Tieán Thöôøng, Giaùo trình Maïch Ñieän Töû 1, Nhaø Xuaát Baûn Ñaïi Hoïc Quoác Gia TP.HCM, 2000.

9. Ñoã Xuaân Tieán, Kyõ thuaät Vi Xöû Lyù vaø Laäp Trình ASSEMBLER cho heä Vi Xöû Lyù, Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc Kyõ Thuaät, 2006.

10. Nguyeãn Höõu Phöông, Maïch Soá, Nhaø Xuaát Baûn Thoáng Keâ, 2004, trang 355 – 379.

11. www.Epanorama.net

12. www.National.com

Documents

He thong chong trom bang hong ngoai dung vi xu ly