Luận văn Đo và điều khiển nhiệt độ

Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 1 TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG KHOA: ĐIỆN TỬ _ TIN HỌC LỚP: CĐĐT06 Luận vă n GVHD: NGUYỄN TRỌNG KHANH SVTH: LÝ NGUYN H Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 2 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô trường Cao Đẳng Kỷ Thuật Cao Thắng , những người đ tạo điều kiện cho em có cơ hội nghiên cứu và tìm hiểu su rộng về lĩnh vực điện tử, đặc biệt là thầy Nguyễn Trọng Khanh đ tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chng em trong thời gian thực hiện đề tài. Đồng thời chng em cũng gửi lời cảm ơn tới gia đình v bạn b đ gip đỡ em trong thời gian qua. Có được sự giúp đỡ nhiệt tình đó cộng với sự cố gắng của bản thân nên em đ hồn thnh được đề tài đng thời hạn. Với sự hiểu biết cịn hạn chế v thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên đề tài không tránh khỏi những sai sót. Rất cảm ơn sự hướng dẫn và góp ý của quý thầy cơ v bạn b cho đề tài được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh vin thực hiện Lý Nguyn H Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN  ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. Tp Hồ Chí Minh, ngy… thng… năm 2009 Gio vin hướng dẫn Ký tn Thầy Gio Nguyễn Trọng Khanh Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 4 NHẬN XT CỦA GIO VIN PHẢN BIỆN  ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................. Tp HCM, ngy… thng… năm 2009 Gio vin phản biện Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 5 Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 6 I. GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 1.1. Giới thiệu chung 1.1.1 Tổng quan về họ Vi điều khiển PIC PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Dịng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General_Instrument. PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thơng minh) l một sản phẩm của hng General Instruments đặt cho dịng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC 1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600. PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động). Năm 1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án – lúc đó quá lỗi thời. Tuy nhiên, PIC được bổ sung EPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngy nay rất nhiều dịng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word. 1.1.2. Một số đặc tính của Vi điều khiển PIC Hiện nay cĩ kh nhiều dịng PIC v cĩ rất nhiều khc biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :  8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến truc Harvard có sửa đổi  Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte  Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic 0 và logic 1)  8/16 bit Timer  Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng bộ USART  Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit  Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator)  Cc module Capture/ Compare/ PWM  LCD  MSSP Peripheral dựng cho cc giao tiếp I2 C, SPI, I2 S  Bộ nhớ nội EPROM – cĩ thể ghi/ xố lớn tới 1 triệu lần  Module Điều khiển động cơ, đọc encoder  Hỗ trợ giao tiếp USB Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 7  Hỗ trợ giao tiếp CAN  Hỗ trợ giao tiếp LIN  Hỗ trợ giao tiếp IrDA  Một số dịng cĩ tích hợp bộ RF (PIC16f639, v rfPIC)  KEELOQ mờ hố v giải mờ  DSP những tính năng xử lý tín hiệu số (dsPIC) Đặc điểm thực thi tốc độ cao của RISC CPU của họ vi diều khiển PIC16F87XA :  Chỉ gồm 35 lệnh đơn.  Tất cả các lệnh là 1chu kỳ ngoại trừ chương trình con l 2 chu kỳ.  Tốc độ hoạt động : *DC- 20MHz ng vo xung clock. *DC- 200ns chu kỳ lệnh.  Độ rộng của bộ nhớ chương trình Flash l 8K x 14word, của bộ nhớ dữ liệu (RAM) l 368 x 8bytes, của bộ nhớ dữ liệu l EPROM (RAM) l 256 x 8bytes. 1.1.3. Những đặc tính ngoại vi - Timer0 : 8- bit định thời/ đếm với 8- bit prescaler - Timer1 : 16- bit định thời/ đếm với prescaler, có thể được tăng lên trong suốt chế độ Sleep qua thạch anh/ xung clock bn ngồi. - Timer2 : 8- bit định thời/đếm với 8- bit, prescaler và postscaler - Hai module Capture, Compare, PWM * Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns * Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns * Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10bit. - Cĩ 13 ng I/O cĩ thể điều khiển trực tiếp - Dịng vo v dịng ra lớn : * 25mA dịng vo cho mỗi chn * 20mA dịng ra cho mỗi chn 1.1.4. Đặc điểm về tương tự - 10 bit, với 8 kênh của bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D). - Brown – out Reset (BOR). - Module so sánh về tương tự. * Hai bộ so sánh tương tự. * Module điện áp chuẩn VREF có thể lập trình trn PIC. - Cĩ thể lập trình ng ra vo đến từ những ng vo của PIC v trn điện áp bên trong. - Những ng ra của bộ so snh cĩ thể sử dụng cho bn ngồi. 1.1.5. Các đặc điểm đặc biệt : - Có thể ghi/ xoá 100.000 lần với kiểu bộ nhớ chương trình Enhanced Flash. Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 8 - 1.000.000 ghi/ xố với kiểu bộ nhớ EPROM. - EPROM có thể lưu trữ dữ liệu hơn 40 năm. - Cĩ thể tự lập trình lại dưới sự điều khiển của phần mềm. - Mạch lập trình nối tiếp qua 2 chn. - Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp. - Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp sẵn trên Chip cho hoạt động đáng tin cậy. - Cĩ thể lập trình mờ bảo vệ. - Tiết kiệm năng lượng với chế độ Sleep. - Cĩ thể lựa chọn bộ dao động. - Mạch dở sai (ICD : In- Circuit Debug) qua 2 chn 1.1.6. Cơng nghệ CMOS Năng lượng thấp, tốc độ cao Flash/ công nghệ EPROM Việc thiết kế hồn tồn tĩnh Khoảng điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V Tiêu tốn năng lượng thấp. 1.2. Giới thiệu về PIC16F8XX v PIC16F877A PIC16F8X là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu hao năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt đối. Nhóm bao gồm các thiết bị sau:  PIC16F83  PIC16CR83  PIC16F84  PIC16CR84 - Tất cả các PIC16/17 đều có cấu trúc RISC. PIC16CXX các đặc tính nổi bậc, 8 mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên trong lẫn ngoài. Có cấu trúc Havard với các bus dữ liệu và bus thực thi chương trình ring biệt nhau cho php độ dài 1 lệnh là 14-bit và bus dữ liệu 8-bit cách biệt nhau. Tất cả các lệnh đều mất 1 chu kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh. Chỉ cĩ 35 lệnh v 1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng. - Họ PIC16F8X có nhiều tính năng đặc biệt lm giảm thiểu cc thiết bị ngoại vi, vì vậy kinh tế cao, cĩ hệ thống nổi bật đáng tin cậy và sự tiêu thụ năng lượng thấp. Ở đây có 4 sự lựa chọn bộ dao dộng và chỉ có 1 chân kết nối bộ dao động RC nên có giải pháp tiết kiệm cao. Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn và có thể được đánh thức bởi các nguồn reset. Và cịn nhiều phần khc đó được giới thiệu bên trên sẽ được nói r ở cc phần kế tiếp. - PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau : + Cĩ 5 port xuất/nhập + Có 8 kênh chuyển đổi A/D 10-bit + Có bộ nhớ gấp đôi so với PIC16F873A và PIC16F874A2.2.1. Tổ chức thanh ghi Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 9 Bảng 1.1: Tóm tắt đặc điểm của PIC16F877A Tần số hoạt động DC-20MHz Reset v Delay POR, BOR (PWRT, OST) Bộ nhớ chương trình Flash (14-bit word) 8K Bộ nhớ dữ liệu (byte) 368 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (byte) 256 Cc ngắt 15 Cc Port xuất/nhập Port A, B, C, D, E Timer 3 Module Capture/Compare/PWM 2 Giao tiếp nối tiếp MSSP, USART Giao tiếp song song PSP Module A/D 10-bit 8 knh ng vo Bộ so sánh tương tự 2 Tập lệnh 35 lệnh Số chn 40 chn PDIP 44 chn PLCC 44 chn TQFP 44 chn QFN 1.3. Sơ đồ chân ,cấu trúc và chức năng PIC 16F877A loại 40 chân PDIP Hình 1.1: Sơ đồ chân Pic 16F877A loại 40 chân PDIP  Chức năng các chân : * Chn OSC1/CLKI (13) : ng vo dao động thạch anh hoặc xung clock bn ngồi. - OSC1 : ng vo dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài. Ng vo Schmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC ; một cách khác của CMOS. Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 10 - CLKI : ng vo nguồn xung bn ngồi. Luơn được kết hợp với chức năng OSC1. * Chn OSC2/CLKO (13) : ng vo dao động thạch anh hoặc xung clock - OSC2 : Ng ra dao động thạch anh. Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng. - CLKO : ở chế độ RC, ng ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 v chỉ ra tốc độ của chu kỳ lệnh. * Chn /VPP (1) : - MCLR : Hoạt động Reset ở mức thấp - VPP : ng vo p lập trình * Chn RA0/AN0 (2) : - RA0 : xuất/nhập số - AN0 : ng vo tương tự 0 * Chn RA1/NA1 (3) : - RA1 : xuất/nhập số - AN1 : ng vo tương tự 1 * Chn RA2/NA2/VREF-/CVREF (4) : - RA2 : xuất/nhập số - AN2 : ng vo tương tự 2 - VREF -: ng vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D - CVREF: điện áp tham chiếu VREF ng ra bộ so sỏnh * Chn RA3/NA3/VREF+ (5) : - RA3 : xuất/nhập số - AN3 : ng vo tương tự 3 - VREF+ : ng vo điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D * Chn RA4/TOCKI/C1OUT (6) : - RA4 : xuất/nhập số - mở khi được cấu tạo như ng ra - TOCKI : ng vo xung clock bn ngồi cho Timer 0 - C1 OUT : Ng ra bộ so snh 1 * Chn RA5/AN4/ /C2OUT (7) : - RA5 : xuất/nhập số - AN4 : ng vo tương tự 4 - SS : ng vo chọn lựa SPI phụ - C2 OUT : ng ra bộ so snh 2 * RB0/INT (33) : - RB0 : xuất/nhập số Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 11 - INT : ngắt ngồi * RB1 (34) : xuất/nhập số * RB2 (35) : xuất/nhập số * RB3/PGC : - RB3 : xuất/nhập số - Chn cho php lập trình điện áp thấp ICPS * RB4 (37), RB5 (38) : xuất/nhập số * RB6/PGC (39) : - RB6 : xuất/nhập số - PGC : mạch dũ sai v xung clock lập trỡnh ICSP * RB7/PGD (40) : - RB7 : xuất/nhập số - PGD : mạch dữ sai v dữ liệu lập trình ICSP * Chn RC0/T1 OCO/T1CKI (15) : - RC0 : xuất/nhập số - T1 OCO : ng vo bộ dao động Timer 1 - T1 CKI : ng vo xung clock bn ngồi Timer 1 * Chn RC1/T1 OSI/CCP2 (16) : - RC1 : xuất/nhập số - T1 OSI : ng vo bộ dao động Timer 1 - CCP2 : ng vo Capture 2, ng ra compare 2, ng ra PWM2 * Chn RC2/CCP1 (17) : - RC2 : xuất/nhập số - CCP1 : ng vo Capture 1, ng ra compare 1, ng ra PWM1 * Chn RC3/SCK/SCL (18): - RC3 : xuất/nhập số - SCK : ng vo xung clock nối tiếp đồng bộ/ng ra của chế độ SPI - SCL : ng vo xung clock nối tiếp đồng bộ/ ng ra của chế độ I2C * Chn RC4/SDI/SDA (23) : - RC4 : xuất/nhập số - SDI : dữ liệu vo SPI - SDA : xuất/nhập dữ liệu vo I2C * Chn RC5/SDO (24) : - RC5 : xuất/nhập số - SDO : dữ liệu ra SPI Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 12 * Chn RC6/TX/CK (25) : - RC6 : xuất/nhập số - TX : truyền bất đồng bộ USART - CK : xung đồng bộ USART * Chn RC7/RX/DT (26) : - RC7 : xuất/nhập số - RX : nhận bất đồng USART - DT : dữ liệu đồng bộ USART * Chn RD0/PSP0 (19) : - RD0 : xuất/nhập số - PSP0 : dữ liệu port nhnh song song * Chn RD1/PSP1 (20) : - RD1 : xuất/nhập số - PSP1 : dữ liệu port nhnh song song * Các chân RD2/PSP2 (21), RD3/PSP3 (22), RD4/PSP (27), RD5/PSP5 (28), RD6/PSP6 (29), RD7/PSP7 (30) tương tự chân 19,20. * Chn RE0/ /AN6 (8) : - RE0 : xuất nhập số - RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song - AN5 : ng vo tương tự 5 * Chn RE1/ /AN6 (9) : - RE1 : xuất/nhập số - WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song - AN6 : ng vo tương tự 6 * Chn RE2/ /AN7 (10) : - RE2 : xuất/nhập số - CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song - AN7 : ng vo tương tự 7 * Chn VDD(11,32), v VSS(12,31) : l cc chn nguồn của PIC.  Cấu trc bn trong pic 16f877a: Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 13 Đồ án chuyên ngành GVHD : Nguyễn Trọng Khanh Trang 14 2 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xu