Đồ án: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz.

Chia sẻ: Hiep Nguyen | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

633
lượt xem 143
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'đề tài: ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với led 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) hz.', luận văn - báo cáo, điện - điện tử - viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN: VI XỬ LÝ VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối với LED 7 thanh để hiển thị số đo tần số lưới điện công nghiệp với khoảng đo (45 – 55) Hz. Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thu Hà ĐỀ BÀI: Ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 LED 7 thanh đ ể hi ển thị số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp, khoảng đo [45-55]Hz. Hệ thống gồm có : + 01 Vi điều khiển 89C51RD2. + Ghép nối 04 LED bảy thanh. + Ghép nối mạch chuẩn hóa đo tần số. + Ghép nối 2 đèn LED cảnh báo ngưỡng thấp , ngưỡng cao. + Hai nút ấn RUN, STOP. Hoạt động: Khi ấn RUN ,hệ thống thực hiện đo tần số; còn khi ấn, STOP hệ thống lưu lại giá trị đo cuối cùng. GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 1
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên ti ến, th ế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đ ại h ơn. S ự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thi ết b ị v ới các đ ặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp. Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi đi ều khi ển 32 bit, rồi sau này là 64 bit. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 2
nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng thiết thực trong đó là ứng dụng v ề nhi ệt k ế đi ện tử. Với môn học Vi điều khiển này, em đã quyết định nhận làm đồ án với đ ề tài ứng dụng họ vi điều khiển 8051 ghép nối 04 led bảy thanh để hi ển th ị số đo và cảnh báo tần số lưới điện công nghiệp,khoảng đo [45-55] hz Nội dung báo cáo gồm 3 phần: I – Cơ sở lý thuyết II – Nội dung thiết kế III – Kết luận Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do thời gian ngắn và năng lực còn hạn chế nên mạch vẫn còn những sai sót. Em mong th ầy giáo và các bạn góp ý để việc học tập của em được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn! HỆ THỐNG HIỂN THỊ SỐ ĐO VÀ CẢNH BÁO TẦN SỐ LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP I. Cơ sở lý thuyết 1. Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051 AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, ch ế tạo theo công ngh ệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory). Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau: - 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có kh ả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ - Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz - 3 mức khóa bộ nhớ lập trình - 2 bộ Timer/Counter 16 bit - 128 Byte RAM nội GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 3
- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 KB vùng nhớ mã ngoài - 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài - Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn) - 210 vị trí nhớ có thể định vị bit - 4μs cho hoạt động nhân hoặc chia 1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51 GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 4
Sơ đồ khối của AT89C51 Sơ đồ chân của AT89C51 1.2 Chức năng các chân của AT89C51 + Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), ch ức năng này s ẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus. Port 0 GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 5
+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và byte. Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng đ ể n ạp ROM theo chu ẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2. Port 1 + Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép. Là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. Port 2 + Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau: GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 6
Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Port 3 + RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với th ời gian t ối thi ểu 2 chu kỳ máy (tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz. + XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó th ường được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn thường là 12MHz. + EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành ch ương trình t ừ ROM nội. Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nh ớ mở rộng. + ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nh ớ. Sau đó các đ ường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ. + PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 7
Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh. Các mã nhị phân của ch ương trình đ ược đ ọc t ừ EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi đi ều khi ển đ ể giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN s ẽ ở m ức th ụ động (mức cao). + Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND). 2. Sơ lược về led 7 thanh 2.1 Tổng quát Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu ch ấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn. 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) đ ược nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài đ ể k ết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để đi ều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led ch ỉ sáng khi tín hi ệu đ ặt vào các chân này ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1. GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 8
Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi k ết nối c ần đ ảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu k ết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển. Sơ đồ vị trí các led Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V. Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b đ ể đi ều khi ển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại. 2.2 Kết nối với Vi điều khiển Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì v ậy có th ể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khi ển led 7 đo ạn. Nh ư v ậy led 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra đi ều khi ển led 7 đo ạn thường được gọi là "mã hiển thị led 7 đoạn". Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mã dành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 9
đoạn có Cathode(cực -) chung. Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì ph ải đặt vào hai chân b và c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn l ại được đ ặt đi ện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay m ức logic) hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V(mức 1). Bảng mã hiển thị led 7 đoạn: • Phần cứng được kết nối với 1 Port bất kì c ủa Vi đi ều khi ển, đ ể thu ận tiện cho việc xử lí về sau phần cứng nên được kết nối nh ư sau: Px.0 n ối v ới chân a, Px.1 nối với chân b, lần lượt theo thứ tự cho đến Px.7 nối với chân h. • Dữ liệu xuất có dạng nhị phân như sau : hgfedcba Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Anode chung (các led đơn sáng ở mức 0): Số hiển thị trên led Mã hiển thị led 7 đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn dạng 7 đoạn dạng nhị phân thập lục phân hgfedcba 0 11000000 C0 1 11111001 F9 2 10100100 A4 3 10110000 B0 4 10011001 99 5 10010010 92 6 11000010 82 7 11111000 F8 8 10000000 80 9 10010000 90 A 10001000 88 B 10000011 83 C 11000110 C6 D 10100001 A1 E 10000110 86 F 10001110 8E - 10111111 BF GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 10
Bảng mã hiển thị led 7 đoạn dành cho led 7 đoạn có Cathode chung (các led đơn sáng ở mức 1): Số hiển thị trên led Mã hiển thị led 7 đoạn Mã hiển thị led 7 đoạn dạng 7 đoạn dạng nhị phân thập lục phân 0 00111111 3F 1 00000110 06 2 01011011 5B 3 01001111 4F 4 01100110 66 5 01101101 6D 6 01111101 7D 7 00000111 07 8 01111111 7F 9 01101111 6F A 01110111 77 B 01111100 7C C 00111001 39 D 01011110 5E E 01111001 79 F 01110001 71 - 01000000 40 3.Chuyển đổi tín hiệu sine đầu vào của lưới điện thành xung vuông sử dụng LM324 3.1 Cấu tạo IC LM324 GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 11
GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 12
3.2 Chức năng LM324 là một IC bao gồm 4 bộ khuyêch đại thuật toán trong nó .Thông thường một bộ khuyêch đại thuật toán (Op_Amp) thì c ần ph ải có ngu ồn đôi.Tức là phải có nguồn dương và nguồn âm.Chẳng hạn như Opamp 741.Tuy nhiên các opamp trong LM324 đ ược thi ết kế đ ặc bi ệt đ ể s ử d ụng nguồn đơn.Có nghĩa là chỉ cần sử dụng Vcc và GND là đủ.Một điều đặc biệt là nguồn cung cấp của LM324 có thể hoạt động đ ộc l ập v ới nguồn tín hiệu.ví dụ nguồn cung cấp của LM324 là 5V nh ưng nó có th ể làm vi ệc bình thường với tín hiệu ngõ vào là V+ và V- là 15V GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 13
II. Nội dung thiết kế 1. Lưu đồ thuật toán chương trình S Đ GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 14
GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 15
2. Phần lập trình và mô phỏng 2.1 Phần lập trình GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 16
;-------------bai tap lon--------------------------- ;-------------made by NHOM4---------------------- ;-------------vector-------------------------------- org 0000h ljmp main ;nhay den chuong trinh main ngay sau khi MCU chay ;-------chuong trinh phuc vu ngat------------------- org 0003h ljmp INT_EX0 ;ngat ngoai INT0 org 000bh ljmp INT_T0 ;nhay den ngat Timer0 trong nay se tinh toan va hien thi gia tri tan so do duoc ;-------------khai bao bien------------------------- FREQ_H equ 30h FREQ_L equ 31h FH equ 32h FL equ 33h X2 equ 40h ;100:9 11 du 1*100=100/911 X1 equ 41h X0 equ 42h Y2 equ 43h Y1 equ 44h Y0 equ 45h Z0 equ 46h Z1 equ 47h Z2 equ 48h Z3 equ 49h Z4 equ 4ah Z5 equ 4bh shf equ 34h ;chon led de quet thp2 equ 50h ;hang chuc cua tan so thp1 equ 51h ;hang don vi cua tan so dv equ 52h ;chu so sau dau ',' thu nhat ch equ 53h ;chu so sau dau ',' thu hai digit equ 54h T_up equ 36h GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 17
T_lm equ 37h ;100*10 ms lay mau mot lan F_Max equ 38h ;nguong tren F_Min equ 58h ;nguong duoi ZOV equ 00h ON equ P1.0 OFF equ P1.1 CB_Cao equ P1.2 ;LED bao vuot nguong cao CB_Thap equ P1.3 ;LED bao vuot nguong thap ;--------chuong trinh chinh-------------------------- org 0030h main: lcall Init KT_ON: jb ON,KT_OFF setb EX0 ;cho phep ngat ngoai INT0 KT_OFF: jb OFF,KT_ON clr EX0 ;cho phep ngat ngoai INT0 sjmp KT_ON ;------------------------------------------------------------------------------ ;--------chuong trinh con------------------------------------------------------ ;------------------------------------------------------------------------------ Init: mov P1,#0ffh clr EA ;cam tat ca cac ngat mov digit,#0f7h ;bat led thp2 dau tien mov P2,#0ffh mov P0,#0ffh ;tat tat ca cac led mov P1,#0ffh mov T_up,#0 mov T_lm,#100 ;t = T_lm*10ms mov F_Max,#55 ;dat can tren canh bao mov F_Min,#45 ;dat can duoi canh bao mov shf,#thp2 ;byte de dieu khien hien thi cac led 7 thanh mov TMOD,#11h ;khoi tao timer0,timer1 o che do 16 bit mov TH0,#HIGH(-10000) mov TL0,#LOW(-10000) ;khoi tao ngat 10ms de tinh toan va hien thi mov TH1,#00h GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 18
mov TL1,#00h setb IT0 ;thiet lap ngat ngoai theo suon xuong setb PX0 ;cho piority cua INT0 cao nhat setb ET0 ;cho phep ngat ngoai Timer1 setb TF0 ;dung co bao ngat setb tr0 ;khoi dong Timer0 setb tr1 setb EA ret ;---------chuong trinh phuc vu ngat ngoai INT0--------- INT_EX0: clr EA mov FREQ_H,TH1 mov FREQ_L,TL1 mov TH1,#00h mov TL1,#02h ;xoa bo dem nay de bat dau dem chu ki moi setb EA reti ;---------chuong trinh phuc vu ngat timer0------------- INT_T0: clr TF0 ;xoa co tran mov a,T_up inc a ;tang t_up mov T_up,a cjne a,T_lm,ko_update ;kiem tra neu t_up = t_lm thi update lai du lieu neu khong thi thoi mov T_up,#0 ;xoa t_up chuan bi cho lan tinh tiep theo lcall Tinh_tanso ;goi chuong trinh tinh tan so ko_update: lcall canhbao ; kiem tra tan so va canh bao neu nam ngoai nguong lcall HextoBcd ;chuyen doi gia tri tan so sang ma BCD de hien thi lcall Hienthi ;goi hien thi exit: mov TH0,#HIGH(-10000) mov TL0,#LOW(-10000) reti ;------------------------------------------------------------------------------ ;-----------Tinh tan so-------------------------------------------------------- ;------------------------------------------------------------------------------ GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 19
Tinh_tanso: ;-----------khi thuc hien cac lenh trong ngat INT0 thi se ton mot so chu ki may vi vay phai cong them ;-----------gia tri dem duoc trong timer 1 voi so chu ki tren de dam bao do chinh xac nhat ;-----------do viec gia tri tan so do la khong lon(50Hz) vi vay ma co the bo qua duoc mot so chu ki thuc hien ;-----------cac lenh trong chuong trinh ngat nhu lenh nhay toi chuong trinh phuc vu ngat, cac lenh xoa bo dem mov X2,#0fh mov X1,#42h mov X0,#40h ;dat so bi chia =1000000 mov Y2,#0 mov Y1,FREQ_H mov Y0,FREQ_L ;--------tinh phan nguyen cua tan so----------------------- lcall DIV24 mov FH,Z0 ;--------tinh phan thap phan------------------------------- mov X1,Z4 mov X0,Z3 mov Y0,#100 lcall Mul2byte_voi_1byte mov X0,Z0 ;chuyen gia tri tich vao lam so bi chia mov X1,Z1 mov X2,Z2 mov Y2,#0 ;so chia mov Y1,FREQ_H mov Y0,FREQ_L mov Z0,#0 ;xoa thuong mov Z1,#0 mov Z2,#0 lcall DIV24 GVHD:NGUYỄN THU HÀ Page 20