Báo cáo Đồ án môn Thiết kế mạch điện tử - Đề tài: Mạch quản lý số xe trong bãi sử dụng vi điều khiển AT89S52

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ

MẠCH QUẢN LÝ SỐ XE TRONG BÃI

SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52

GVHD: LÊ ĐỨC TOÀN

SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN PHƯƠNG NAM

LỚP: D14DT01

MSV: B14DCDT074

SĐT: 0981829492

Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của các ngành khoa học đều nhằm mục đích

phục cho lợi ích của con người. Điện tử là một trong những lĩnh vực có đóng góp rất

lớn trong việc nâng cao và cải thiện đời sống của con nguời.

Như chung ta thấy, dân số ngày một tăng nhanh và việc sử dụng các phương

tiện cũng như các thiết bị cũng tăng một cách khó kiểm soát. Với ý tưởng chế tạo ra

một thiết bị để phục vụ cho việc quản lý, nắm bắt được số lượng sản phẩm,thiết bị,

phương tiện ... một cách khoa học, em đã đã chọn đề tài “THIẾT KẾ MẠCH QUẢN

LÝ SỐ LƯỢNG XE TRONG BÃI” với mong muốn có thể áp dụng kiến thức đã

học vào thực tế và phần nào cải thiện được việc quản lý được tốt hơn.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy LÊ ĐỨC TOÀN đã nhiệt tình hướng dẫn em

trong suốt thời gian thực hiện đề tài cũng như tất cả các thầy cô đã cung cấp kiến thức

nền tảng để em hoàn thành tốt đề tài theo đúng kế hoạch.

Mặc dù đã hoàn thành nhưng kiến thức về vi xử lý, khả năng thiết kế cũng như

lập trình có hạn nên sẽ không tránh khỏi sai xót. Em rất mong sự phản hồi và đóng

góp của thầy cô và các bạn để đề tài thêm hoàn thiện.

Em xin trân thành cảm ơn.

GVHD: Lê Đức Toàn

2

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

…………………………………………………………………

GVHD: Lê Đức Toàn

3

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

MỤC LỤC

PHẦN I. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH............................................5

1. Vi điều khiển 8051..........................................................................................................................5

1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của 8051 ..............................................................................6

1.2 Chức năng các chân của 8051..........................................................................................6

2. LED Hồng Ngoại...........................................................................................................................11

3. Op- Amp LM358...........................................................................................................................13

4. Tụ điện..................................................................................................................................................13

5. Thạch anh...........................................................................................................................................15

6. Điện trở, biến trở...........................................................................................................................16

a)Điện trở.............................................................................................................................................16

b)Biến trở.............................................................................................................................................17

7. LED 7 đoạn........................................................................................................................................18

PHẦN II. THIẾT KẾ MẠCH........................................................................................................19

1 Sơ đồ khối.............................................................................................................................................19

Đoạn code dùng để nạp lên VĐK 8051:.........................................................................20

2. Nguyên lý hoạt động toàn bộ mạch..................................................................................21

3. Ưu điểm và nhược điểm của mạch...................................................................................22

4. Kết luận................................................................................................................................................23

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................

4

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

PHẦN I. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1. Vi điều khiển 8051

Một số đặc điểm của 8051:

+8 KB bộ nhớ chương trình

+ Dao động bên ngoài với thạch anh <24MHz. Thông thường,

VĐK 89S52 chạy với thạch anh 12MHz.

+ 256 Byte Ram nội.

+ 4 Port xuất nhập.

+ 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2. Timer 2 có các chức năng

Capture/Compare.

+ 8 nguồn ngắt.

+ Nạp chương trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường SPI.

Đặc tính

Số lương

ROM trên chip

RAM

4K byte

128 byte

Bộ định thời

Các chân vào ra

Cổng nối tiếp

Nguồn ngắt

2

32

1

6

GVHD: Lê Đức Toàn

5

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

1.1 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của 8051

Hình 1. Sơ đồ khối của 8051

GVHD: Lê Đức Toàn

6

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

Hình 2. Sơ đồ chân của 8051

1.2 Chức năng các chân của 8051

* Chân 1 đến 8: được gọi là Cổng 1 (Port 1),

Tám chân này có duy nhất 1 chức năng là xuất và nhập. Cổng 1 có thể xuất và

nhập theo bit hoặc byte. Ta đánh tên cho mỗi chân của Port 1 là P1.X (X = 0 đến

7)

GVHD: Lê Đức Toàn

7

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

* Chân 9: là chân vào reset của 8051

Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao trong ít nhất là 2 chu kỳ máy, các

thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải những giá trị thích hợp để khởi động

hệ thống. Hay nói cách khác là vi điều khiển sẽ bị reset nếu chân này được kích

hoạt mức cao.

Hình 1.3: Sơ đồ mạch reset ngoài của 8051

* Chân 10 đến 17: được gọi là Cổng 3 (Port 3)

Tám chân này ngoài chức năng là xuất và nhập như các chân ở cổng 1 (chân 1

đến 8) thì mỗi chân này còn có chức năng riêng nữa, cụ thể như sau:

GVHD: Lê Đức Toàn

8

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

Bit

Tên

RxD

TxD

INT0

INT1

T0

Chức năng

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

Chân nhận dữ liệu cho cổng nối tiếp

Chân truyền dữ liệu cho cổng nối tiếp

Chân ngắt bên ngoài 0

Chân ngắt bên ngoài 1

Ngõ vào của Timer/counter 0

Ngõ vào của Timer/counter 1

Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

T1

WR

RD

Bảng 1.3: Bảng Mô tả chức năng riêng P3

* Chân 18 và 19 (XTAL1 & XTAL2)

Hai chân này được sử dụng để nối với bộ dao động ngoài

Thông thường một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầu vào

XTAL1 (chân 19) và XTAL2 (chân 18) cùng với hai tụ gốm giá trị khoảng

30pF. Một phía của tụ điện được nối xuống đất như hình trên.

GVHD: Lê Đức Toàn

9

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

Các hệ thống xây dựng trên 8051 thường có tần số thạch anh từ 10 đến 40 MHz,

thông thường ta dùng thạch anh 12 Mhz

+Chân 20: được nối vào chân 0V của nguồn cấp

+Chân 21 đến chân 28: được gọi là cổng 2 (Port 2)

Tám chân của cổng 2 có 2 công dụng, ngoài chức năng là cổng xuất và nhập

như cổng 1 thì cổng 2 này còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ

ngoài.

* Chân 29 (PSEN):

Chân PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối

với chân OE của ROM ngoài để cho phép đọc các byte mã lệnh trên ROM

ngoài. PSEN ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.

Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì PSEN được duy trì ở mức cao

* Chân 30 (ALE):

Chân ALE cho phép tách các đường dữ liệu và các đường địa chỉ tại Port

0 và Port 2. * Chân 31 (EA):

Tín hiệu chân EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay

ngoài vi điều khiển. Nếu chân EA được nối ở mức cao (nối nguồn Vcc), thì vi

điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội. Nếu chân EA ở mức thấp

(được nối GND) thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoài.

GVHD: Lê Đức Toàn

10

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

* Chân 32 đến 39: được gọi là cổng 0 (Port 0)

Cổng 0 gồm 8 chân cũng có 2 công dụng, ngoài chức năng xuất nhập, cổng 0

còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ, chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051

giao tiếp với các biết bị ngoài có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ...

Vì cổng P0 là một máng mở khác so với các cổng P1, P2 và P3 nên các chân

ở cổng 0 phải được nối với điện trở kéo khi sử dụng các chân này như chân

vào/ra. Điện trở này tùy thuộc vào đặc tính ngõ vào của thành phần ghép nối với

chân của port 0. Thường ta dùng điện trở kéo khoảng 4K7 đến 10K

Hình 1.5: Nối điện trở kéo cho cổng 0 của 8051

* Chân 40: chân nguồn của vi điều khiển, được nối vào chân Vcc của nguồn

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

2. LED Hồng Ngoại

Hình 6. Led phát

Hình 7. Led thu

11

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

●Nguyên lý hoạt động của led hồng ngoại:

Led phát hồng ngoại: Khi được cấp nguồn, có dòng, phân cực thuận,

Led Hồng ngoại sẽ phát ra sóng điện từ trong dải hồng ngoại (có bước sóng từ

0,76 µm đến vài milimét). Mắt người không thể nhìn thấy được, để kiểm tra ta

có thể dùng camera điện thoại. Nếu LED phát ta nhìn thấy có ánh sáng gần

giống như màu tím thì LED Phát có hoạt động như hình dưới :

Hình 1 : kiểm tra hoạt động led phát hông ngoại

Led thu hồng ngoại, dùng loại Led hai chân, về sự tương tự, có thể coi

như Led thu hồng ngoại là một “điện trở hồng ngoại”. Khi được ánh sáng hồng

ngoại chiếu vào, điện trở nội của led hồng ngoại thu sẽ giảm về khoảng vài chục

ôm (có dòng đi qua) ngược lại khi không có nguồn hồng ngoại chiếu vào, điện

trở led thu rất lớn (dòng điện sẽ không qua).

GVHD: Lê Đức Toàn

12

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

3. Op- Amp LM358

Gồm 2 còn op-amp bên trong, mỗi op-amp gồm có 3 chân, ngõ vào đảo

(- input) và ngõ vào không đảo (+ input) và ngõ ra.

Khi hiệu điện thế + input cao hơn - input, ngõ ra sẽ ở mức cao (+Vss),

ngược lại ngõ ra ở mức thấp (-Vss)

LM358 dùng nguồn đơn cấp hoạt động.

4. Tụ điện

GVHD: Lê Đức Toàn

13

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực

bằng kim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay

chất điện môi cách điện có điện dung C. Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoay

chiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều. C = ε*S/d

Trong đó : ε là hằng số điện môi

2

S là điện tích bề mặt tụ m

d là bề giày chất điện môi

Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một

khoảng d.



Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số : E =

eo*e

Trong đó:

-12

2

₀= 8.86.10

C / N.m là hằng số điện môi của chân không.

là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân

không = 1, giấy tẩm dầu = 3,6, gốm = 5,5; mica = 4 5

GVHD: Lê Đức Toàn

14

Đồ án thiết kế mạch điện tử

5. Thạch anh

Mạch quản lý xe trong bãi

Đặc tính vật lý : độ bền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các tác

dụng hóa học

Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thì

sinh ra dao động. Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng. Tính chất

dao động của thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương hình a., trong đó L_q,C_q

và r_qphụ thuộc vào kích thước khối thạch anh và cách cắt khối thạch anh. Thạch anh

có kích thước càng nhỏ thì L_q, C_qvà r_qcàng nhỏ, nghĩa là tần số cộng hương riêng của

nó càng cao. L_q, C_qvà r_qcó tính ổn định cao. C_qlà điện dung giá đỡ, tính ổn định của

C_qkém hơn.

Các mạch Dao động Thạch anh: cho ra tần số rất ổn định, sử dụng rất nhiều

trong các đồng hồ điện tử (như đồng hồ đeo tay, đồng hồ để bàn...), trong các thiết bị

đo lường điện tử (tạo xung chuẩn), trong mạch đồng bộ màu của TV, VCR, trong các

thiết bị tin học (máy vi tính, các thiết bị nối với máy vi tính),

GVHD: Lê Đức Toàn

15

Đồ án thiết kế mạch điện tử

a) Ký hiệu thạch anh

Mạch quản lý xe trong bãi

Đặc tính điện kháng của thạch anh

b) Sơ đồ tương đương của thạch anh

6. Điện trở, biến trở

a) Điện trở :

Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và áp.Điện trở

đựơc sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử.

R =ρl/S

Trong đó:

ρ là điện trở suất của vật liệu

S Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể

dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với

cường độ dòng điện đi qua nó:

R =U/I

Trong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V). I : là

cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A). R : là điện

trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).

Ký hiệu:

GVHD: Lê Đức Toàn

16

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

Ứng dụng: Điện trở được dùng để chế tạo ra dịch mức điện áp giữa hai điểm

khác nhau của mạch.

là thiết diện của dây; ℓ là chiều dài của dây

b) Biến trở :

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý

muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của

mạch điện.

Ký hiệu :

7. LED 7 đoạn

LED 7 đoạn được sử dụng nhiều trong các mạch hiển thị thông tin

thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giản,… LED 7 đoạn được cấu tạo từ các LED

đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn

giản như từ 0 đến 9 và từ A đến F.

GVHD: Lê Đức Toàn

17

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

Trên thị trường có 2 loại LED 7 đoạn đó là chung Anot và chung

Catot. Cấu tạo của nó gồm 8 con LED đơn được ghép với nhau chung Anot

hoặc Catot. Có 1 chân cấp nguồn và 8 chân đầu ra hay vào tùy theo Anot chung

hay catot chung.Và trên đó nó được chia ra làm 7 thanh tương ứng với

A,B,C,D,E,F,G và 1 chân dp.

LED anot chung

LED catot chung

Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòng

điện từ 10....20mA. Với điện áp 5V thì điện trở cần dùng là 270Ω; công suất là 1,4

Watt.

GVHD: Lê Đức Toàn

18

Đồ án thiết kế mạch điện tử

Mạch quản lý xe trong bãi

PHẦN II. THIẾT KẾ MẠCH

1.Sơ đồ khối

2. Nguyên lý hoạt động toàn bộ mạch

2.1 code C

Được viết trên Keil C và được nạp vào8051 bằng mạch nạp ISP

#include <REGX52.H>

#define L1

#define L2

P2_0

P2_2

#define MANGLED

P0

#define TANG P3_0

#define GIAM

#define L3

#define L4

P3_2

P2_4

P2_6

unsigned char

Mang[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};

char a,b;

void delay(unsigned int t){

unsigned int i,j;

for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<100;j++);

}

19

void hamdem(){

if(!TANG){

a++;

if(a>110)a=0;

while(!TANG);

}else if(!GIAM){

a--;

if(a<0)a=0;

while(!GIAM);

}

void QUETLED7THANH(){

L1=0;

MANGLED=Mang[a/1000];

delay (1);

MANGLED=0xff;

L1=1;L2=0;

MANGLED=Mang[(a%1000)/100];

delay (1);

MANGLED=0xff;

L2=1;L3=0;

MANGLED=Mang[(a%1000%100)/10];

delay (1);

MANGLED=0xff;

L3=1;L4=0;

MANGLED=Mang[(a%1000%100%10)];

delay (1);

MANGLED=0xff;

L4=1;

}

void main(){

CHUONGTRINHTRE(500);

while(1){

hamdem();

QUETLED7THANH();

}

GVHD: Lê Đức Toàn

20