Đồ án Thiết kế và chế tạo máy pha café dạng phin

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Lời nói đầu ........................................................................................................4

Chương 1: Khái quát về máy pha cà phê tự động

1.1: Nhiệm vụ............................................................................................7

1.2: Nhiệm vụ cụ thể .................................................................................7

1.3: Các chuyển động cơ bản ....................................................................7

1.3.1: Các loại động cơ thường dùng trong máy pha cà phê tự.................7

1.4: Các yêu cầu đối với máy pha cà phê..................................................8

1.4.1: Yêu cầu về an toàn ..........................................................................8

1.4.2: Yêu cầu chính xác từng công đoạn .................................................8

1.4.3: Yêu cầu khác...................................................................................8

1.5: Hoạt động chung của máy pha cà phê................................................8

1.6: Thiết bị cơ khí của máy pha cà phê....................................................9

Chương 2: Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A và chuẩn truyền thông RS

485

2.1: Giới thiệu chung về vi điều khiển PIC.............................................10

2.1.1: Khái niệm cơ bản về vi điều khiển PIC.........................................10

2.1.2: Kiển trúc của vi điều khiển PIC ....................................................12

2.1.3: Các dòng PIC và cách lựa chọ vi điều khiển.................................13

2.1.4: Ngôn ngữ lập trình cho PIC ..........................................................13

2.1.5: Mạch nạp PIC................................................................................13

2.2: Vi điều khiển PIC 16F877A.............................................................15

2.2.1: Sơ đồ chân VĐK PIC 16F877A....................................................15

2.2.2: Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A...........................16

2.2.3: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A .........................................16

Trang 1

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

2.2.4: Tổ chức bộ nhớ..............................................................................17

2.2.5: Các cổng xuất nhập của PIC 16F877A .........................................21

2.2.6: TIMER ..........................................................................................24

2.2.7: Các ứng dụng VĐK PIC................................................................30

2.3: Tổng quan về LM35.........................................................................32

Chương 3: Khảo sát và thiết kế lắp ráp ...........................................................39

3.1: Cấu tạo mô hình ...............................................................................39

3.2: Các mạch sử dụng trong mô hình.....................................................40

3.2.1: Mạch đảo chiều ............................................................................40

3.2.2: Mạch tổng......................................................................................43

3.2.3: Mạch điều khiển động cơ..............................................................45

3.3: Linh kiện sử dụng trong mạch..........................................................47

3.3.1: CTHT sử dụng trong mô hình.......................................................47

3.3.2: Rơ le ..............................................................................................47

3.3.3: FET................................................................................................48

3.3.4:Transistor........................................................................................48

3.3.5: Tụ điện...........................................................................................50

3.3.6: LM35.............................................................................................50

Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển máy pha cà phê

4.1: Bảng phân công vào ra.....................................................................51

4.1.1: Bảng phân công vào ra mạch tổng ................................................51

4.1.2: Bảng phân công vào ra mạch đảo chiều........................................51

4.2: Nguyên lý hoạt động ........................................................................53

Kết luận và đề nghị..................................................................................54

Trang 2

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Motor điện 1 chiều ............................................................................7

Hình 2.1: Vi điều khiển PIC 16F877A............................................................11

Hình 2.2: Kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman...................................12

Hình 2.3: Mạch nạp VĐK ...............................................................................14

Hình 2.4:Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ

chân………………………………………………………………………….16

Hình 2.5: Sơ đồ khối PIC 16F877A ................................................................18

Hình 2.6: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A .................................................19

Hình 2.7: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A.................................................21

Hình 2.8: Sơ đồ khối của Timer0. ..................................................................25

Hình 2.9: Sơ đồ khối của Timer1. ...................................................................27

Hình 2.10: Sơ đồ khối Timer2. .......................................................................29

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt độ LM35............................33

Hình 2.12: Nguyên lý để đo dải nhiệt độ âm trên LM35 ................................33

Hình 2.13: Đọc nhiệt độ đo được từ LM35.....................................................34

Hình 3.1: Mặt trước máy.................................................................................39

Hình 3.2: Nhìn từ trên xuống ..........................................................................39

Hình 3.3: Mạch nguyên lý đảo chiều động cơ.................................................41

Hình 3.4: Mạch in đảo chiều động cơ .............................................................41

Hình 3.5: Mạch đảo chiều. ..............................................................................42

Hình 3.6: mạch nguyên lý mạch tổng..............................................................43

Hình 3.7: Mạch in mạch tổng..........................................................................44

Hình 3.8: Mạch tổng........................................................................................44

Hình 3.9: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ. ..............................................45

Hình 3.10: Mạch in mạch điều khiển động cơ. ...............................................46

Hình 3.11: Mạch điều khiển động cơ. .............................................................46

Hình 3.12: FET (IRF 540)...............................................................................48

Hình 3.13: Transistor.......................................................................................48

Hình 3.14:Chế độ làm việc của tranzitor.........................................................49

Trang 3

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Hình 3.15:Tụ điện............................................................................................50

LỜI NÓI ĐẦU

Ngay từ thế kỉ thứ 9 sau khi được khám phá ra tại vùng cao nguyên

Ethiopia , Café nhanh chóng trở thành một thức uống phổ biến trên toàn

cầu . Khác với các loại thức uống khác , chức năng chính của café không

phải là giải khát , nhiều người uống nó với mục đích tạo cảm giác hưng

phấn . Một ly café vào buổi sáng giúp tỉnh táo hơn trong công việc.

Pha cà phê không phải là một việc khó. Chỉ cần bạn có một hỗn hợp

bột cà phê mà bạn thích, một số thiết bị và vài phút rảnh rỗi. Có nhiều

phương pháp pha cà phê khác nhau thỏa mãn thị hiếu khác nhau. Cà phê

Espresso đẫm đầy tính cách, cà phê Thổ nhĩ kỳ (Turkish) nhiều hương

thơm, cà phê kiểu Mỹ (Americano) nhẹ, nhiều nước. Tất cả các phương

pháp này có một điểm chung, bột cà phê được xử lý trong nước nóng sau

đó dung dịch cà phê được lọc ra đầy hương và vị. Tại Việt Nam , có hai

kiểu pha café : pha luộc (kinh tế, dễ làm) và pha phin ( khó, đòi hỏi độ tinh

tế ) .

Cà phê phin ngon hơn, nhưng khó làm, bởi vì nhiều yếu tố. Trời

lạnh, nước sôi rót vào phin nguội nhanh. Tráng phin trước là một cách, đổ

nước vào làm 2-3 lần là một cách khác tăng độ nóng, nhưng đều chỉ tăng

hiệu suất lên một chút thôi. Nếu nén cà phê chặt, nhỏ giọt lâu mới xong, cà

phê hơi nhiều cafeine vì bị ngâm nước lâu, hơi nguội một chút khi uống.

Nếu nén không chặt, cà phê chảy xuống có pha lẫn bột cà phê, hương thơm

chiết ra chưa được hết. Phin pha cà phê nếu dùng loại bằng inox, lỗ phin

khá nhỏ, có ren xoáy là hay nhất vì có thể chỉnh độ chặt, lỏng cho vừa. Nếu

dùng phin nhôm, lỗ phin to lọt cả bột cà phê xuống, lại không thể nào

chỉnh được độ chặt, thì e rằng cà phê khó ngon.

Trang 4

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo máy café cho

nhiều phương pháp pha café khác nhau . Nhưng các loại máy pha café kể

trên mang lại phương pháp pha không phù hợp với thị hiếu người Việt hiện

nay . Sau khi thực hiện một số khảo sát và nhắm được thị hiếu của người

Việt , Nhóm đã thực hiện : “Đồ án thiết kế và chế tạo máy pha café dạng

phin” nhằm đáp ứng các yêu cầu tiện lợi và đảm bảo hương vị của café

Việt truyền thống .

Ngày nay các lĩnh vực về kỹ thuật và tự động hóa đang đi sâu vào

các ngành công nghệ thực phẩm cũng như dân dụng mang lại nhiều tiến bộ

vượt bậc trong lĩnh vực sản xuất hàng điện tử tiêu dùng . Nhắm được xu

thế và kỹ thuật thuật tiến tiến của vi xử lý và dưới sự trợ giúp của hệ thống

máy CNC hiện đại mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế và thời gian đã giúp

nhóm hoàn thành đúng ý tưởng của nhóm đã đặt ra .

Qua đây em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện,

trường ĐH Đông Á Đà Nẵng, đã giúp đỡ tạo điều kiện và cung cấp tài liệu để

em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Đồng thời, em muốn gửi lời cảm ơn sâu

sắc tới thầy giáo hướng dẫn NGUYỄN TUẤN, người thầy trực tiếp giao đề

tài và đã rất nhiệt tình hướng dẫn để nhóm chúng em hoàn thành được đề tài

tốt nghiệp này!

Đề tài này chúng em đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc chắn đồ án sẽ

còn những thiếu sót nhất định. Vậy chúng em mong tiếp tục được sự giúp đỡ

của Thầy cô, và sự góp ý chân thành của bạn bè!

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày.....tháng.....năm 2015

Trang 5

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Trang 6

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ MÁY PHA CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG

1.1. NHIỆM VỤ:

Thiết kế và chế tạo máy pha café kiểu truyền thống theo các yêu cầu sau:

- Máy thực hiện đúng chu trình pha café và đảm bảo về vệ sinh thực phẩm

và hương vị café đặc trưng

- Ứng dụng màn hình tương tác, tạo sự gần gũi với người dùng.

1.2. NHIỆM VỤ CỤ THỂ :

- Gia công phần cứng của mạch và các chi tiết của máy

- Gia công vỏ máy và các chi tiết của máy

- Lập trình cho hoạt động của máy

- Thiết kế các bộ phận chính trong máy

- Thiết kế và gia công các chi tiết của máy

- Nghiên cứu thị trường và định hướng phát triển của máy

- Lắp ráp các chi tiết của máy

1.3: CÁC CHUYỀN ĐỘNG CƠ BẢN

1.3.1: Các loại động cơ thường dùng trong máy pha cà phê

Hình 1.1: Motor điện 1 chiều

Trang 7

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

• Motor giảm tốc một chiều

Động cơ có đặt tính điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với mục đich sử

dụng, do đó những công đoạn cần sự chính xác và tốc độ chậm thì motor giảm

tốc 1 chiều là một giải pháp tối ưu

Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp cấp cho mạch

kích điện động cơ.

1.4. Các yêu cầu đối với máy pha cà phê

1.4.1: Yêu cầu về an toàn

Đối với máy ép do người vận hành, yêu cầu an toàn là yếu tố quan

trọng, vì nếu xảy ra sự cố có thể trả giá bằng cả tính mạng người vận hành. Để

đảm bảo cho máy ép hoạt động an toàn tuyệt đối thì mọi bộ phận của máy

phải có độ chính xác cao

1.4.2: Yêu cầu chính xác từng công đoạn

Các công đoạn hoạt động của máy pha cà phê yêu cầu phải hoạt động

và dừng chính xác, khi công đoạn dừng không chính xác sẽ dẫn đến việc

không hoạt động hoặc sẽ giảm năng suất làm việc.

1.4.3: Yêu cầu khác

Vì máy pha cà phê hoạt động liên tục nên cần phải có nguồn cấp điện

liên tục để đảm bảo cho quá trình hoạt động. Vì khâu vận hành cũng khá đơn

giản, hầu hết là tự động nên các yêu cầu về sử dụng đơn giản và dễ hiểu.

1.5: Hoạt động chung của máy pha cà phê

Những loại máy pha cà phê hiện đại có câu tạo phức tạp, độ an toàn và

tin cậy cao. Các thiết bị điện được đưa về một mạch tổng trên máy pha cà phê

nhằm đảm bảo độ bền cho mạch. Các dây điện được đi từ động cơ theo cách

thanh sắt về mạch tổng. Khi hoạt động, bình đun sẽ đun sữa sôi từ 0- 150°C,

khi đó van sẽ mở cà phê chảy xuống ly cà phê, tại đây tùy vào yêu cầu của

người cần uống cà phê sẽ bấm cho sữa hoặc cho đường tùy vào khả năng

uống nhiều hay ít sữa hay đường người ta sẽ bấm 1 lần để bỏ vừa, hoặc bấm 2

lần tương ứng với bỏ nhiều . 2 nút ấn bật và dừng phòng cho trường hợp dừng

pha cà phê khi có sự cố bất ngờ xảy ra

Trang 8

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

1.6: Thiết bị cơ khí của máy pha cà phê

- Hệ thống thiết bị cơ khí dùng để chế tạo máy pha cà phê bao gồm :

khung sắt, các bình chứa, và băng chuyền.

- Bình đun: với bộ đun nước của ấm diêu tốc ta có thể đun sôi cà phê.

- Van xả: khi LM35 tới 95-100°C, dòng điện 220V sẽ kích cho van xã.

- Hệ thống trộn để quay trộn hỗn hợp cà phê, đường, sữa.

Trang 9

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

CHƯƠNG 2:

TÌM HIỂU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

VÀ CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485

2.1. Giới thiệu chung về VĐK PIC:

2.1.1. Khái niệm cơ bản về VĐK 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 là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer"

(Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General

Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc

này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ

16bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái 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 bây 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 Instrument bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở

hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC

được bổ sung EEPROM 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.

Trang

10

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Hình 2.1: Vi điều khiển PIC 16F877A

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051,

Motorola 68HC, AVR, ARM,... Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn

bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC

để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các

nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường

Việt Nam. Giá thành không quá đắt. Có đầy đủ các tính năng của một vi điều

khiển khi hoạt động độc lập. Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như

về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển

8051. Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Nam

cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều

này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng

như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành

công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó

khăn,… Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình,

nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,… Các tính năng đa dạng của vi

điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triển.

PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12

Bit ví dụ PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit , ví dụ

PIC16Fxxx), tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với dòng PIC

high-end( có độ dài mã lệnh 16bit PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh

tính toán trên các thanh ghi, và các hằng số, hoặc các vị trí ô nhớ, cũng như có

các lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, và các lệnh quay trở về, nó cũng có các

chức năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep( chế độ hoạt động tiết kiệm

Trang

11

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

điện ). Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB0, nó bao gồm phần

mềm mô phỏng và trình dịch ASM

+ Ứng dụng của VĐK

VĐK thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử, thường

được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các

dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD,

thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v.

2.1.2 Kiến trúc của VĐK PIC

Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng

kiến trúc: kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Havard.

Hình 2.2: Kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman

Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm

khác biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ

dữ liệu và bộ nhớ chương trình.

Đối với kiến trúc Von-Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương

trình nằm chung trong một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một cách

linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý

nghĩa khi tốc độ xử lí của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong cùng

một thời điểm CPU chỉ có thể tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ

chương trình. Như vậy có thể nói kiến trúc Von-Neuman không thích hợp với

cấu trúc của một vi điều khiển.

Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra

thành hai bộ nhớ riêng biệt. Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể

Trang

12

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

tương tác với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải

thiện đáng kể.

Một điểm cần chú ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể

được tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà không phụ thuộc

vào cấu trúc dữ liệu. Ví dụ, đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn

là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte), còn đối với kiến

trúc Von-Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của 1 byte (do dữ liệu được tổ

chức thành từng byte). Đặc điểm này được minh họa cụ thể trong hình 2.1.

2.1.3 Các dòng PIC và cách lựa chọn VĐK

Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:

PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit

PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit

PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit

C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)

F: PIC có bộ nhớ flash

LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp

LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ

Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu

có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn

PIC16F877A là flash).

Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở

Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản

xuất.

Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp:

Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng

dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có

vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, …

chân. Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương

trình được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được

Trang

13

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong. Sau cùng cần

chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép. Ngoài ra mọi

thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn

sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp.

2.1.4 Ngôn ngữ lập trình cho PIC

Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp

có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn

ngữ lập trình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một

số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic,

MikroBasic,…

2.1.5 Mạch nạp PIC

Hình 2.3: Mạch nạp VĐK

Đây cũng là một dòng sản phẩm rất đa dạng dành cho vi điều khiển

PIC. Có thể sử dụng các mạch nạp được cung cấp bởi nhà sản xuất là hãng

Microchip như: PICSTART plus, MPLAB ICD 2, MPLAB PM 3, PRO

MATE II. Có thể dùng các sản phẩm này để nạp cho vi điều khiển khác thông

qua chương trình MPLAB.

Dòng sản phẩm chính thống này có ưu thế là

nạp được cho tất cả các vi điều khiển PIC, tuy nhiên giá thành rất cao và

thường gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình mua sản phẩm. Ngoài ra do

tính năng cho phép nhiều chế độ nạp khác nhau, còn có rất nhiều mạch nạp

được thiết kế dành cho vi điều khiển PIC. Có thể sơ lược một số mạch nạp

cho PIC như sau: JDM programmer: mạch nạp này dùng chương trình nạp

Icprog cho phép nạp các vi điều khiển PIC có hỗ trợ tính năng nạp chương

trình điện áp thấp ICSP (In Circuit Serial Programming). Hầu hết các mạch

nạp đều hỗ trợ tính năng nạp chương trình này. WARP-13A và MCP-USB:

hai mạch nạp này giống với mạch nạp PICSTART PLUS do nhà sản xuất

Trang

14

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Microchip cung cấp, tương thích với trình biên dịch MPLAB, nghĩa là ta có

thể trực tiếp dùng chương trình MPLAB để nạp cho vi điều khiển PIC mà

không cần sử dụng một chương trình nạp khác, chẳng hạn như ICprog.

P16PRO40: mạch nạp này do Nigel thiết kế và cũng khá nổi tiếng. Ông còn

thiết kế cả chương trình nạp, tuy nhiên ta cũng có thể sử dụng chương trình

nạp Icprog. Mạch nạp Universal của Williem: đây không phải là mạch nạp

chuyên dụng dành cho PIC như P16PRO40. Các mạch nạp kể trên có ưu điểm

rất lớn là đơn giản, rẻ tiền, hoàn toàn có thể tự lắp ráp một cách dễ dàng, và

mọi thông tin về sơ đồ mạch nạp, cách thiết kế, thi công, kiểm tra và chương

trình nạp đều dễ dàng tìm được và download miễn phí thông qua mạng

Internet. Tuy nhiên các mạch nạp trên có nhược điểm là hạn chế về số vi điều

khiển được hỗ trợ, bên cạnh đó mỗi mạch nạp cần được sử dụng với một

chương trình nạp thích hợp.

Trang

15

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

2.2 VĐK PIC 16F877A

2.2.1 Sơ đồ chân VĐK PIC 16F877A

Hình 2.4:Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ

chân

Trang

16

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

2.2.2 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 xung clock. Tốc độ

hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ

chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu

EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.

Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:

Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.

Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức

năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế

độ sleep.

Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. Hai bộ

Capture/so sánh/điều chế độ rông xung. Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP

(Synchronous Serial Port), SPI và I2C. Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9

bit địa chỉ.

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều

khiển RD, WR, CS ở bên ngoài.

Các đặc tính Analog:

8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.

Hai bộ so sánh.

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.

Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.

Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.

Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit

Serial Programming) thông qua 2 chân.

Watchdog Timer với bộ dao động trong.

Chức năng bảo mật mã chương trình.

Chế độ Sleep.

Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.

Trang

17

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

2.2.3 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A

Hình 2.5: Sơ đồ khối PIC 16F877A

2.2.4 Tổ chức bộ nhớ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương

trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory).

+ Bộ nhớ chương trình

Trang

18

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Hình 2.6: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash,

dung lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều

trang (từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa

được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1

word (14 bit).

Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm

chương trình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>).

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ

0000h (Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa

chỉ 0004h (Interrupt vector).

Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa

chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình

+ Bộ nhớ dữ liệu

Trang

19

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC ĐÔNG Á

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm

nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank.

Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc

biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các

thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa

chỉ còn lại trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ

như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu

giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương

trình. Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A

Trang

20

SVTH: HOÀNG VĂN NGHĨA

GVHD: NGUYỄN TUẤN