TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI XỮ LÝ & VI ĐIỀU KHIỂN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NHÓM: 17Nh33C Thông tin Sinh viên: SVTH: Nguyễn Văn A Lớp: 17XXX Nhóm đồ án: Nhóm 2 Thông tin Cán bộ hướng dẫn GVHD: TS. Nguyễn Văn T Đà Nẵng, ngày 03 tháng 07 năm 2020 1 ⦁ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN ⦁ Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển Pic: ⦁ Xây dựng mục tiêu: Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ và rộng lớn của nền khoa học kỹ thuật. Các công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời để đáp ứng như cầu của xã hội, và trong đó phải để đến sự phát minh ra Vi điều khiển. Trong các ứng dụng công nghiệp và cuộc sống, vi điều khiển được sữ dụng rộng rãi phát huy những ưu điểm vượt trội, mang lại hiệu quả cao hơn đối với các công việc mang tính chất lặp đi lặp lại.
Vi điều khiển có độ chính xác cao, hoạt động liên tục, giảm thiểu lao động, sự giám sát của con người. Nhằm đưa ứng dụng của vi điều khiển vào điều kiện thực tế, gần gủi cuộc sống con người, ở đây nhóm tôi xin được trình bày đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển ánh sáng phòng thông minh dùng vi điều khiển”. ⦁ Sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển Pic 2 Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển Pic ⦁ Khối chấp hành: Sử dụng rơ le để bật/ tắt bóng đèn khi có tín hiệu nhận từ khối xử lý. ⦁ Khối cảm biến: sử dụng Module PIR, nhiệm vụ của khối này là phát hiện bức xạ hồng ngoại từ các đối tượng.
Khi phát hiện chuyển động (bức xạ hồng ngoại thu 3 được thay đổi), cảm biến PIR sẽ xuất 1 xung ở mức cao đưa vào vi điều khiển PIC 18F4520 để thực hiện chức năng bật đèn ⦁ Khối hiển thị và cảnh báo : gồm led 7 đoạn có chức năng hiển thị số lần bật - tắt đèn và 3 led xanh, đỏ, vàng thông báo mức thấp, trung bình, cao đối với số lần bật tắt đèn sau khi nhận tín hiệu từ khối xử lý. ⦁ Nguyên lý hoạt động của hệ thống Cảm biển quang trở thay đổi điện trở khi thay đổi cường độ ánh sáng thay đổi, qua bộ biến đổi trở thành tín hiệu Analog được chuyển trực tiếp vào vi điều khiển PIC 18F4520. Vi điều chuyển đổi tín hiệu Analog nhân được thành tín hiệu Digital mã đọc nhị phân, kết hợp với các thuật toán của chương trình để đưa ra các thông số điều khiển thiết bị ra theo mong muốn của người sữ dụng. Cụ thể bộ cảm biến có nhiệm vụ đếm số người vào/ra phòng sau đó đưa vào vi xữ lý, vi xữ lý xuất ra tín hiệu hiển thị số người trong phòng, đồng thời điều khiển số đèn bật tắt trong phòng như đã mong muốn sữ dụng từ trước.
4 ⦁ TÍNH CHỌN CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ⦁ Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống ⦁ Tổng quan về họ vi điều khiển PIC PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Dòng 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 thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instruments đặt cho dòng 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.
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). PICđược bổ sung EPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay rất nhiều dòng 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.
⦁ Một số đặc tính của Vi điều khiển PIC Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau : ⦁ 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc 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 5 ⦁ Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/Không đồng bộ USART, AUSART, EUSARTs ⦁ Bộ chuyển đổi ADC ⦁ Bộ so sánh điện áp ⦁ Các module Capture/Compare/PWM ⦁ LCD ⦁ Bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu lần ⦁ FLASH có thể ghi/xóa 10.000 lần ⦁ Module Điều khiển động cơ, đọc encoder ⦁ Hỗ trợ giao tiếp USB ⦁ Hỗ trợ điều khiển Ethernet ⦁ Một số dòng có tích hợp bộ RF ⦁ KEELOQ Mã hoá và giải mã 6 ⦁ DSP những tính năng xử lý tín hiệu số (dsPIC) 7 ⦁ ⦁ Hinh 2.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển PIC18F4520 ⦁ Những đặc tính ngoại vi ⦁ Timer0 : hoạt động như một bộ định thời hoặc bộ đếm ở hai chế độ 8-16 bit. Các thanh ghi có thể đọc và ghi được ⦁ Timer1 : hoạt động như bộ định thời 16 bit hoặc bộ đếm. Các thanh ghi 8 bit có thể đọc và ghi được. Nguồn đồng hồ có thể chọn.
⦁ Timer2 : hoạt động như bộ định thời 16 bit hoặc thanh ghi Period. Bộ đếm trước lập trình phần mềm (1: 1, 1: 4 và 1:16) ⦁ Timer3: hoạt động như bộ định thời 16 bit hoặc bộ đếm • Thanh ghi 8 bit có thể đọc và ghi được • Nguồn đồng hồ có thể chọn. ⦁ 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 ⦁ PWM: chân CCPx tạo ra đầu ra PWM có độ phân giải 10 bit. bit TRIS thích hợp phải được xóa để làm cho chân của CCP2 trở thành đầu ra.
⦁ 25mA dòng vào cho mỗi chân ⦁ 20mA dòng ra cho mỗi chân. ⦁ Các đặc điểm đặc biệt: ⦁ Có thể ghi/ xoá 100.000 lần với kiểu bộ nhớ chương trình Enhanced Flash.000 ghi/ xoá với kiểu bộ nhớ EPROM. ⦁ EPROM có thể lưu trữ dữ liệu hơn 40 năm. ⦁ Có thể tự lập trình lại dưới sự điều khiển của phần mềm.
⦁ Mạch lập trình nối tiếp qua 2 chân. ⦁ Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp. ⦁ Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp sẵn trên Chip 8 cho hoạt động đáng tin cậy. ⦁ Có thể lập trình mờ bảo vệ.
⦁ Vi điều khiển PIC18F4520 ⦁ PIC 18F4520 là loại vi điều khiển 8 bit tầm trung của hãng microchip. ⦁ PIC 18F4520 có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC với chỉ 35 lệnh cơ bản. ⦁ Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh.2 Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân: 9 ⦁ Cổng xuất nhập I/O ⦁ Cổng A gồm 6 chân: RA0, RA1. RA5 ⦁ Cổng B gồm 8 chân: RB0, RB1,.RB7 ⦁ Cổng C gồm 8 chân: RC0, RC1, .RC7 ⦁ Cổng D gồm 8 chân: RD0, RD1,.RD7 ⦁ Cổng E gồm 3 chân: RE0, RE1, RE2 Mỗi cổng thực chất được quản lý bởi các thanh ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE nằm trong bộ nhớ RAM của vi điều khiển.
⦁ Tính đa chức năng của một chân trên vi điều khiển Nhìn vào sơ đồ chân của vi điều khiển, ta có thể thấy một số chân của vi điều khiển có tên gồm nhiều phần với dấu gạch chéo. Ví dụ: RA0/AN0, RC7/RX/DT, RC6/TX/CK. Đây chính là tính đa chức năng của một chân trên vi điều khiển hay còn gọi là sự dồn kênh. Ý nghĩa của nó là: Bình thường nếu không được cài đặt thì tấc cả các chân trên 5 cổng A, B, C, D, E là các chân vào ra số I/O.
Nếu trong chương trình ta có cài đặt một chức năng nào đó như RS232, ADC hoặc PWM v.v thì các chân tương ứng với chức năng đó sẽ hoạt động theo chức năng đó. Khi đó chân này sẽ không được dùng làm chân vào ra số như bình thường nữa. ⦁ Chân 1(MCLR/VPP/RE3) : ⦁ MCLR là đầu vào Master Clear (reset) hoạt động ở mức thấp dể reset toàn bộ thiết bị. ⦁ VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào.
⦁ RE3 đầu vào số. ⦁ Chân 11,32(VDD): cungcấp nguồn dương cho I/O và logic. ⦁ Chân 12,31(VSS): nối đất chuẩn cho I/O và logic. ⦁ Chân 39(RB6/KBI2/PGC): RB6 là đầu vào ra số, KBI2 thay đổi mở ngắt, PGC chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP.
⦁ Chân 40(RB7/KBI3/PGD): RB7 đầu vào ra số, KBI3 thay đổi mở ngắt, PGD 10 chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP. ⦁ PORT A: Cổng vào ra. ⦁ Chân 2(RA0/AN0):với RA0 là cổng vào ra số, AN0 là đầu vào tương tự Input0. ⦁ Chân 3(RA1/AN1): RA1 là cổng vào ra số, AN1 là đầu vào tương tự Input1.
⦁ Chân 4(RA2/AN2/VREF+): RA2 là cổng vào ra số, AN2 là đầu vào tương tự Input2. VREF+ đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu(mức thấp), còn CVREF là đầu ra tương tự để so sánh điện áp chuẩn. ⦁ Chân 5(RA3/AN3/VREF-/CVREF ): RA3 là cổng vào ra số, AN3 là đầu vào tương tự Input3. VREF- đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu(mức cao).
⦁ Chân 6(RA4/T0CKI/C1OUT): RA4 là đầu vào ra số,T0CKI dầu vào xung bên ngoài của Timer0, C1OUT là đầu ra bộ so sánh 1. ⦁ Chân 7(RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT): trong đó RA5 là cổng vào ra só, AN4 là đầu vào tương tự Input 4, SSchọn đầu vào phụ thuộc SPI, HLVDINđầu vào tương tự để dò điện áp, C2OUT đầu ra bộ so sánh 2. ⦁ Chân 14(OSC2/CLKO/RA6): OSC2 là đầu ra bộ dao động thạch anh được nối với thạch anh hoặc bộ công hưởng dể lựa chọn dạng bộ dao động thạch anh. CLK0 có tần số bằng ¼ tần số của OSC1 đọ rộng chu kì lệnh, RA6 là đầu vào ra chung.
⦁ PORT B: Cổng vào ra hai chiều, có thể lập trình bằng phần mềm khi cho kéo đầu vào bên trong yếu lên trên toàn bộ đầu vào.