ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống.
Dây chuyền sản xuất … giúp ta biết được tình trạng làm việc của các yêu cầu. Và có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra. Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động thì có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cứu khảo sát vi điều khiển AVR ATmega 8L, em nhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển AVR ATmega 8L vào việc đo nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu nhất. Được sự đồng ý của khoa Điện Trường Đại Học Tôn Đức Thắng, em tiến hành thực hiện đề tài “Điều khiển PID cho lò nhiệt dùng vi điều khiển AVR ATmega 8L”.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Với thời gian gần mười tuần thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn, em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tập luận văn này, nhưng chỉ giải quyết được những vấn đề sau : • Thiết kế mạch đo nhiệt độ trong dải từ 00C – 1000C hiển thị LCD • Viết chương trình (phần mềm) để đáp ứng các yêu cầu trên. SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU : Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường.
• Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn, và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn. • Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa sau, giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển. Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để em tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Và đây cũng là dịp để em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội.
SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATmega 8L Vi điều khiển AVR ATMEGA8 Đặc điểm : AVR 8bit có chỉ tiêu chất lượng cao và tiêu thụ năng lượng ít. Ưu điểm của kiến trúc RISC 130 lệnh mạnh hầu hết được thực hiện trong 1 chu kỳ xung nhịp. 32 thanh ghi đa năng 8 bit.
Bộ nhân 2 chu kỳ co sẳn trong chip. Tốc độ xử lý dữ liệu lên đến 16 triệu lệnh/giây ở tần số 16MHz. Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình không tự mất dữ liệu. Bộ nhớ fash 8k lập trình ngay trong hệ thống , chịu được 10000chu kì viết xoá.
Bộ nhớ eeprom 512byte lap trình ngay trong hệ thống , chịu được 100000 chu kì viết xoá. Duy trì dữ liệu :20 năm ở 85 ∙C và 100 năm ở 25 ∙C. Đoạn mã khởi động tuỳ chọn với các bit khoá độc lập lập trình sẳn trong hệ thống bởi chương trình khởi động trên chip. Lập trình khoá để bảo mậtdữ liệu trong bộ nhớ.
Các tính năng ngoại vi 2bộ định thời 8bit với bộ chia tần riêng, chế độ so sánh tín hiệu 1bộ định thời 16bit với bộ chia tần riêng, chế độ so sánh tín hiệu ,chế độ bắt tín hiệu. Bộ đếm thời gain thực vớibộ tào xung. 3 bộ điều chế độ rộng xung. 6 kênh ADC với độ chính xác là 10bit.
SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ Dao diện nối tiếp 2 dây. UART nối tiếp lập trình được. Giao diện nối tiếp chủ/tớ.
Bộ so sánh tương tự có sẵn trên chip. Bộ định thời wacthdog lập trình được với bộ tạo dao động có sẵn trên chip. Các tính năng đặc biệt • Có thể khởi động lại khi đang vận hành và lập trình được việc dò sụt áp. • Các nguồn ngắt trong và ngoài.
• 5 chế độ chờ : chế độ idle , chế độ tiết kiệm năng lượng ,chệ độ tiêu thụ ít năng lượng , chế độ standby , chế độ giảm nhiểu ADC. Vào ra và cách đóng vỏ • 23 đường vào ra lập trình được. • PDIP 28 chân , TQFP 32 chân và QFN/MLF 32 chân. • Điện áp nguồn nuôi.
Tốc độ xử lý • 0 đến 8MHz (ATmega8L) • 0 đến 16MHz (ATmega8) VI. Cách xắp xếp chân SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ VII. Mô tả ATmega 8 là bộ vi điều khiển CMOS 8bit tiêu thụ ít năng lượng dựa trên kiến trúc RISC AVR.
Bằng việc thực hiện các lệnh mạnh trong 1 chu kỳ xung nhịp. ATmega 8 đạt được tốc độ xử lý dữ liệu lên đến 1 triệu lệnh/ giây ở tần sốMHz. Kiến trúc này cho phép người thiết kế hệ thống tối ưu hoá mức độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xữ lý. SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.
HOÀNG MINH TRÍ Sơ đồ khối SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ VIII. ATmega 8 có các thông số đặc trưng sau : Bộ nhhớ flash 8k lập trình được ngay trong hệ thống, Eeprom 512 byte, SRAM 1K byte, 23 đường I/O đa năng, 32 thanh ghi đa năng, 1 UART nối tiếp lập trình được, giao tiếp nối tiếp 2dây, bộ ADC 6 kênh ( 8kênh trong TQFP và QPN/MLF ) với độ chính xác lên đến 10 bit, bộ định thời watchdog lập trình được với bộ dao động ở bên trong chip, 1 cổng nối tiếp SPI và 5 chế độ tiết kiệm năng lượng có thể lựa chọn bằng phần mềm. Chế độ làm ngừng CPU trong khi vẫn cho phép SRAM, các bộ định thời/đếm, cổng SPI và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động.
Chế độ làm giảm năng lượng tiêu thụ giữ nguyên nội dung các thanh ghi nhưng làm treo bộ tao dao động, vô hiệu hoá tất cả các chức năng khác của chip cho đến khi có 1 ngắt ngoài hoặc phần cứng được khởi động lại, chế độ tiết kiệm năng lượng, bộ định thời vẫn tiếp tục hoạt động, cho phép người sử dụng duy trì bộ định thời trong khi toàn bộ phần còn lại của thiết bị sẽ ngủ yên. Chế độ giảm nhiễu ADC sẽ ngưng CPU và tất cả các khối I/O, ngoại trừ bộ định thời và ADC để giảm tối thiểu nhiễu trong suốt quá trình biến đổi ADC. Chế độ standby, bộ tạo dao động tinh thể thạch anh / bộ khuếch đại hoạt động, trong khi toàn bộ phần còn lại của thiết bị sẽ ngủ yên. Điều này cho phép khởi động lại nhanh mà ít tiêu tốn năng lượng.
Linh kiện được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không mất dữ liệu mật độ cao của Atmel. Bộ nhớ fash lập trình được có sẳn trên chip cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại ngay trong hệ thống thông qua giao diện nối tiếp SPI hoặc bộ nạp chương trình vào bộ nhớ không mất dữ liệu thông thường hoặc bằng 1 chương trình khởi động có sẳn trong chip chạy trên kiến trúc của AVR. Chương trình khởi động có thể sử dụng bất kỳ giao diện nào để nạp chương trình ứng dụng vào bộ nhớ fash ứng dụng, phần mềm trong phần bộ nhớ BOOT Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi phần bộ nhớ flash ứng dụng được cập nhật, cung cấp 1 cơ chế thực sự Read_While_Write (đọc trong khi ghi dữ liệu). Bằng cách SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.
HOÀNG MINH TRÍ kết hợp 1 CPU 8bit theo kiến trúc RISC đã được cải tiến với bộ nhớ tự lập trình được ngay trong hệ thống trên 1 chip đơn khối, ATmega8 của Atmel là bộ vi điều khiển mạnh cung cấp giải pháp có tinh linh hoạt cao và hiệu quảvề mặt giá thanh cho nhiều ứng dụng điều khiển. Vi điều khiển ATmega 8 AVR được hổ trợ bởi 1 tập hợp đấy đủcác công cụ phát triển chương trình và hệ thống bao gồm các trình biên dịch C, các trình hợp ngữ macro, các chương trình gỡ rối /bộ mô phỏng chương trình, các bộ mô phỏng có sẵn trên mạch, các thiết bị thử nghiệm và đánh giá. Mô tả các chân : VCC : Điện áp nguồn nuôi GND : Đất Port B (PB7.PB0) : Cổng B là cổng vào ra 2 chiều 8 bit với điện trở nối lên nguồn dương ở bên trong ( được chọn cho mỗi bit ). Các ngõ ra của cổng B có đặc tính đối xứng.
Khi cổng B là ngõ vào , các chân được đặt xuống mức thấp từ bên ngoài , chúng sẽ là nguồn dòng nếu các điện trở nối lên nguồn dương được kích hoạt. Các chân của cổng B ở vào trạng thái có điện trở cao khi tín hiệu đặt lại ở mức tích cực hoặc ngay cả không có tín hiệu giữ nhịp .PC0) : Cổng C là cổng vào ra 2 chiều 8 bit với điện trở nối lên nguồn dương ở bên trong ( được chọn cho mỗi bit ). Các ngõ ra của cổng C có đặc tính đối xứng. Khi cổng C là ngõ vào , các chân được đặt xuống mức thấp từ bên ngoài , chúng sẽ là nguồn dòng nếu các điện trở nối lên nguồn dương được kích hoạt.
Các chân của cổng C ở vào trạng thái có điện trở cao khi tín hiệu đặt lại ở mức tích cực hoặc ngay cả không có tín hiệu giữ nhịp. PC6/RESET : Nếu RSTDISBL được lập trình thì chân PC6 được sử dụng như ngõ vào ra. Nên nhớ các đặc tính về điện của PC6 khác với những chân của cổng C. Nếu SVTH : NGUYỄN HOÀN VŨ Trang 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.
HOÀNG MINH TRÍ RSTDISBL không được lập trình thì chân PC6 được sử dụng như ngõ vào RESET .