CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Bộ dao động thạch anh Thạch anh là một linh kiện điện tử được chế tạo từ tinh thể thạch anh (SiO2), từ những tinh thể thạch anh người ta chế tạo ra linh kiện thạch anh chuyên dùng để tạo ra các xung dao động ứng dụng trong các thiết bị đeo tay, rada, trạm phát sóng, các hệ thống xử lý tín hiệu số, các máy móc phát dao động và thiết bị thí nghiệm đo lường. Thạch anh có thể tạo ra các dao động cực kỳ chính xác lên được ứng dụng rộng rãi trong các mạch tạo xung , đặc biệt là cho mạch dao động của đồng hồ điện tử. Thạch anh trên sơ đồ hoặc bo mạch in sẽ có ký hiệu là XT, OSC hoặc là X, hoặc là Crystal.
Ký hiệu hình vẽ của nó trên sơ đồ như hình dưới đây.1: Biểu tượng điện tự bộ dao động thạch anh Các thạch anh trong thực tế có rất nhiều hình dáng khác nhau nhưng được đóng gói theo hai chuẩn đó là thạch anh vỏ sắt và thạch anh bỏ gốm. Số chân của thạch anh cũng tùy vào từng loại, từ 2 chân cho đến 4 chân. Về bản chất thạch anh có thể được coi là một mạch dao động RLC. Thạch anh có thể kết hợp với Transistor, kết hợp với các cổng điện tử số hoặc kết hợp với vi xử lý để tạo ra các dao động.
Transistor Trong điện tử transistor là một linh kiện bán dẫn, khi hoạt động trong mạch điện tử, transistor có vai trò như một cái van cách li điều chỉnh dòng điện, điện áp trong mạch. Nhờ vai trò quan trọng này transistor được ứng dụng rộng rãi. 5 Về cấu tạo Transistor Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mỗi tiếp giáp P- N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được transistor ngược. Về cấu tạo, transistor tương đương với hai diode đấu ngược chiều nhau.2: Cấu tạo của hai loại transistor Theo hình trên ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, cực gốc ký hiệu là B, lớp bán dẫn B có rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát Emitter viết tắt là E, cực thu hay cực góp viết tắt là C (collector) viết tắt là C. vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn nhưng kích thước và nồng độ tạp chất lại khác nhau nên chúng không thể hoán đổi vị trí cho nhau. Nguyên tắc hoạt động Xét hoạt động của Transistor NPN Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của transistor NPN 6 • Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E. • Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
• Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC= 0 ) • Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (- ) tạo thành dòng IB • Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB • Như vậy rõ ràng dòng IChoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức IC = β.IB Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE • IB là dòng chạy qua mối BE • β là hệ số khuyếch đại của Transistor Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor. Xét hoạt động của Transistor PNP Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại. Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B. Transistor C1815 Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN.
Thông số kỹ thuật Transitor C1815 : 7 Dải nhiệt độ cho phép -55 ~ +150 oC Tổng công suất (Ta=25oC) 400mW Điện áp và dòng cực đại • VCBO điện áp cực C sang B 60 V • VCEO điện áp cực C sang E 50 V • VEBO điện áp cực E sang B 5 V • IC dòng cực góp 150 mA • IB dòng cực gốc 50 mA Transistor A1015 Transistor A1015 là transistor thuộc loại transistor PNP. Thông số kỹ thuật Transitor A1015 : Dải nhiệt độ cho phép -55 ~ +150 oC Tổng công suất (Ta=25oC) 400mW Điện áp và dòng cực đại • VCBO điện áp cực C sang B -50 V • VCEO điện áp cực C sang E -50 V • VEBO điện áp cực E sang B -5 V • IC dòng cực C(cực góp) -150 mA 1. Quang trở CDS cảm biến ánh sáng Quang trở là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh. Điện trở tối (khi không được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 1M, trị số này giảm rất nhỏ có thể dưới 100 ôm khi được chiếu sáng mạnh Quang trở hoạt động dựa trên ứng dụng của chất bán dẫn, thường là Cadmium sulfide – CdS hoặc Cadmium selenide – CdSe.
Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào lớp bán dẫn thì sẽ làm xuất hiện các điện tử tự do và điều này cho phép dòng điện chạy qua nó.4: Cấu tạo của quang trở Độ nhạy của quang trở phụ thuộc vào chất liệu bán dẫn làm ra nó. Vi điều khiển AT89S52 Hiện nay có rất nhiều họ vi điều khiển trên thị trường với nhiều ứng dụng khác nhau, trong đó họ vi điều khiển họ MCS-51 được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam. Vào năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. Nó bao gồm 4KB ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit.
Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip 8052,8053,8055 với nhiều tính năng được cải tiến Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng.1: Thông số của dòng VĐK 89SXX 1. Sơ lược phần cứng vi điều khiển-giao tiếp bên ngoài • Khảo sát sơ đồ chân 9 Mặc dù các thành viên của họ MSC-51 có nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-line Pakage) dạng vỏ dẹt vuông QFP (Quad Flat Pakage) và dạng chíp không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) và đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/0, đọc, ghi, địa chỉ, dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dùng chíp đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40 chân dạng DIP.5: Sơ đồ chân của vi điều khiển - Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển. Nguồn điện cấp là +5V±0.
- Chân GND: Chân số 20 nối GND(hay nối Mass). Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805. - Port 0 (P0): Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng: 10 Chức năng xuất/nhập: các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt. Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.
- Port 1 (P1): Port 1 gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8), chỉ có chức năng làm các đường xuất/nhập, không có chức năng khác. - Port 2 (P2): Port 2 gồm 8 chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng: Chức năng xuất/nhập Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn, cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 này đảm nhận. - Port 3 (P3): Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17): Chức năng xuất/nhập Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau: Bảng 1.2: Chức năng của Port 3 - Chân RESET (RST): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy.
- Chân XTAL1 và XTAL2: Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép 11 nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định. - Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (Program Store Enable): tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài. Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy.
Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1) (Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến) - Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30) có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ.