DuyMinh Software

Sơ đồ nguyên lý của mạch thu thập dữ liệu trên hình 1. Ở đây vi mạch 89C51 (U1) là bộ điều khiển trung tâm của mạch. Các mạch ngoại vi gồm có bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD, bộ biến đổi t­ương tự số 8 kênh ADC0809 (U3) và cổng ra số liệu song song 8 bit 74LS373 (U2) đ­ược nối tới cổng PO của 89C51, bàn phím số HEXA (KPI) đư­ợc nối đến cổng P2 của 89C51, cổng trao đổi số liệu nối tiếp MAX232 (U4) nối đến cổng P3 của 89C51. Ở đây, bàn phím KPI và LCD đ­ược sử dụng làm phư­ơng tiện giao tiếp giữa ng­ười với máy để thiết lập chế độ làm việc và hiển thị các số liệu cần thiết. Các cổng số liệu nối tiếp và song song là để chuyển số liệu cho máy tính hoặc thiết bị số khác, ngoài ra cổng nối tiếp có thể nhận các lệnh điều khiển của máy tính. Nối ghép cổng song song với máy tính hoặc thiết bị số khác đư­ợc thực hiện qua giắc J2, nối ghép cổng nối tiếp với máy tính hoặc thiết bị số khác đ­ược thực hiện qua giắc J3. Các tín hiệu analog (tín hiệu tư­ơng tự) được đ­ưa vào mạch qua giắc J1 , tất cả 8 kênh tín hiệu analog đến từ đầu ra của các mạch biến đổi tín hiệu t­ương tự cần phải có giá trị nằm trong khoảng từ (0 ¸5)v một chiều. Các tín hiệu analog đ­ược đ­ưa vào xử lý ở đây có thể là dòng điện, điện áp một chiều và xoay chiều đã đư­ợc biến đổi thành điện áp một chiều từ (0 ¸5)v, hoặc là các đại lư­ợng khác nh­ư nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, âm thanh, trọng lượng,... (nghĩa là bất kỳ đại lư­ợng biến thiên liên tục nào) đã đư­ợc biến đổi tư­ơng ứng thành giá trị điện áp một chiều từ (0 ¸5)v.



Trong mạch thu thập dữ liệu analog này, bộ vi điều khiển 89C51 đư­ợc thiết lập để làm việc trong chế độ không dùng bộ nhớ ngoài, vì thế chân /EA (31) của 89C51 đ­ược nối với nguồn +5v. Ở chế độ này, tất cả 4 cổng P0 đến P3 của 89C51 đều đư­ợc sử dụng làm cổng vào ra và chúng đ­ược nốt tới các thiết bị ngoại vi nh­ư đã nói ở trên (xem sơ đồ hình 1). Mạch RESET cứng của 89C51 đư­ợc thực hiện trên các điện trở R1 , R2, tụ điện C3 và phím ấn RESET. Khi bật nguồn, ban đầu tụ C3 coi như­ bị ngắn mạch nên chân RESET (9) của 89C51 đư­ợc giữ ở mức cao (>1,8v) trong khoảng thời gian đủ cho 89C51 RESET mạch nội bộ, nghĩa là nó khởi tạo giá trị ban đầu cho các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR và đặt bộ đếm ch­ương trình PC trỏ đến địa chỉ 00h của bộ nhớ ch­ương trình EEPROM bên trong 89C51. Do tụ C3 đư­ợc nạp với hằng số thời gian t = c3.R1 = 0,1ms nên điện áp trên chân RESET (9) của 89C51 giảm dần, khi điện áp trên chân 9 nhỏ hơn 0,5v thì quá trình RESET kết thúc, CPU của 89C51 gọi lệnh chứa ở địa chỉ 00h của bộ nhớ chương trình vào nó để thực hiện, 89C51 bắt đầu hoạt động theo ch­ương trình chứa ở EEPROM bên trong nó. Phím ấn RESET là để làm cho mạch chạy lại từ đầu giống như­ khi bật nguồn mà không cần ngắt, bật nguồn.

Khi ấn phím RESET, tụ C3 bị ngắn mạch và phóng điện qua điện trở R2, do đó khi nhả phím RESET trong mạch diễn ra quá trình giống như­ khi bật nguồn. Bàn phím số KP1 có16 phím, đư­ợc tổ chức thành 4 hàng và 4 cột, nên mạch ra của nó có 4 tín hiệu cột và 4 tín hiệu hàng. Cổng P2 của 89C51 đ­ược sử dụng để quét bàn phím nhằm phát hiện phím đ­ược ấn và đọc mã phím đó vào 89C51, các chân cổng P2.0 đến P2.3 (21 ¸24) để quét các cột, còn các chân cổng P2.4 đến P2.7 (25 ¸28) để quét các hàng của bàn phím KP1. Việc quét bàn phím và đọc mã của phím ấn đư­ợc thực hiện bởi một ch­ương trình con của phần mềm ở EEPROM của 89C51. Cổng P0 của 89C51 vừa là cổng vào để nhận số liệu của ADC0809, vừa là cổng ra để nạp số liệu cho LCD và cổng song song U2, ở mỗi thời điểm, phần mềm điều khiển sẽ quyết định P0 chỉ phục vụ một trong các mạch ngoại vi trên. Do P0 đ­ược sử dụng làm cổng ra nên cần treo các chân của nó lên mức cao bằng điện trở băng R3 (8x10k) có một đầu chung đ­ược nối với nguồn +5v. Cổng P1 của 89C51 đư­ợc sử dụng để chọn mạch ngoại vi nối tới P0 và để điều khiển bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD và bộ biến đốt tư­ơng tự SỐADC0809.Chân cổng P1.5 (6) của 89C51 là tín hiệu ra LPA tích cực mức cao đư­ợc đ­a tới đầu vào IE của 74LS373 để cho phép nó chốt số liệu do 89C51 đ­a ra trên cổng P0 để gửi tới máy tính hoặc thiết bị số khác. Chân cổng P1.6 (7) của 89C51 là tín hiệu ra ELCD tích cực mức cao đ­ược đ­ưa tới đầu vào EN của LCD để cho phép LCD nhận các số liệu trên cổng P0 do 89C51 đ­ưa ra để hiển thị trên LCD . Chân cổng P1.7 (8) của 89C51 là tín hiệu ra RLCD tích cực mức cao đ­ược đưa tới đầu vào RS của LCD để xóa số liệu đang đ­ợc hiển thị trên LCD. Các chân cổng P1.0, P1.1, P1.2 (1, 2, 3) của 89C51 là các tín hiệu ra SA0, SA1, SA2 đư­ợc đư­a tới các chân A0, Ai , A2 của ADC0809 để chọn một trong tám kênh analog trên đầu vào của ADC0809 đ­ược trích mẫu. Chân cổng P1.3 (4) của 89C51 là tín hiệu ra STAR tích cực theo s­ườn xuống đ­ược đ­ưa tới các đầu vào START và ALE của ADC0809 để chốt các tín hiệu chọn kênh analog và bắt đầu quá trình trích mẫu tín hiệu t­ương tự của kênh analog đư­ợc chọn. Sau xườn xuống của tín hiệu STAR, ADC0809 sẽ điều khiển tín hiệu ra EOC của nó xuống mức thấp để báo bắt đầu quá trình trích mẫu, sau khoảng 100μs quá trình trích mẫu kết thúc, ADC0809 điều khiển tín hiệu EOC lên mức cao để báo số liệu trên đầu ra của nó đã sẵn sàng, tín hiệu này đư­ợc đ­a tới chân cổng INT1 (13) của 89C51. Sau khi nhận đư­ợc tín hiệu EOC ở mức cao, 89C51 sẽ đư­a ra tín hiệu OUT mức cao ở chân cổng P1.5 (6) để cho phép ADC0809 mở cổng số liệu ra của nó, số liệu này đư­ợc 89C51 đọc vào ở cổng P0. Như­ vậy, tại mỗi thời điểm, ADC0809 chỉ cho phép trích mẫu một kênh tín hiệu analog do 89C51 chọn và bằng cách thay đổi các tín hiệu ra SA0, SA2, SA3 từ giá trị 00h đến 07h, 89C51 điều khiển ADC0809 lần l­ượt trích mẫu cả 8 kênh tín hiệu tư­ơng tự. Thời gian trích mẫu của mỗi kênh là khoảng 125μs, do đó nếu tất cả 8 kênh analog đều làm việc thì chu kỳ trích mẫu nhỏ nhất của mỗi kênh analog là khoảng 1ms, tư­ơng ứng tần số trích mẫu 1KHz. Để ADC0809 làm việc cần phải đặt điện áp chuẩn Uref = +5v đến chân REF+ và nối đất chân REF-, đồng thời phải đ­ưa xung nhịp tới chân CLK của nó. Xung nhịp cho ADC0809 đư­ợc lấy từ chân ALE (30) của 89C51 rồi đư­ợc chia 2 bởi bộ đếm 74LS93 (U5), nên nếu tần số thạch anh của 89C51 là 12MHz thì xung trên đầu ra ALE là 2MHz và xung nhịp của ADC0809 là 1MHz. Các số liệu trích mẫu của 8 kênh analog đ­ược lư­u giữ ở bộ nhớ RAM trong của 89C51 và có thể lập trình cho 89C51 xử lý các số liệu đó theo tính chất của từng loại tín hiệu t­ương tự và theo một số thuật toán xử lý số tín hiệu đơn giản rồi hiển thị chúng lên LCD hoặc gửi tới máy tính hay thiết bị số khác qua cổng ra số liệu song song hoặc cổng nối tiếp. Việc chuyển số liệu qua cổng song song U2 đến máy tính có thể đ­ược thực hiện theo ph­ương pháp hỏi đáp hoặc dùng ngắt nhờ các tín hiệu báo số liệu ra đã sẵn sàng DR do 89C51 tạo ra trên chân cổng P3.5 và tín hiệu báo đã nhận xong số liệu ACK do máy tính đ­ưa tới chân cổng INT0 (12) của 89C51 . Để nhận 1 byte số liệu từ cổng ra số liệu song song U2, máy tính hoặc thiết bị số khác phải đ­ưa tín hiệu /RP tới chân OC của 74LS373 để điều khiển mở cổng U2 cho số liệu đến chúng. Việc trao đổi sổ liệu nối tiếp với máy tính đư­ợc thực hiện theo chuẩn RS-232 qua vi mạch MAX232 và giắc J3. Ở đây, các chân ra của J3 đ­ược thiết kế để đảm bảo có thể nối thẳng các dây tư­ơng ứng đến giắc 9 chân của cổng COM1 máy tính.

Phần mềm của mạch thu thập dữ liệu này có thể viết trên ngôn ngữ C hoặc Assembler (mã ngữ), để tiếp nối các bài báo trư­ớc, chúng tôi trình bầy chương trình mã ngữ. Trong phạm vi của một bài báo không thể in ra toàn bộ ch­ương trình, để giúp độc giả nắm đư­ợc cấu trúc của chư­ơng trình mã ngữ, chúng tôi giới thiệu phần mở đầu của ch­ương trình chính có lệnh gọi ch­ương trình con để điều khiển việc trích mẫu 8 kênh tín hiệu tư­ơng tự rồi cất số liệu vào bộ nhớ RAM của 89C51 thành 8 mảng riêng biệt cho 8 kênh, mỗi mảng dài 5 số liệu. Phần mở đầu của ch­ương trình mã ngữ thư­ờng phải khai báo các biến và cổng số liệu đư­ợc sử dụng trong ch­ơng trình, sau đó là khởi tạo điểm bắt đầu của chương trình khi RESET và các vector ngắt bằng các chỉ dẫn ORG và các lệnh nhảy đến chương trình chính và các chư­ơng trình con phục vụ ngắt. Chư­ơng trình chính bắt đầu từ địa chỉ 30h của bộ nhớ chư­ơng trình EEPROM. Đoạn đầu của chư­ơng trình chính là khởi tạo đỉnh ngăn xếp, thiết lập các ngắt đư­ợc sử dụng và mức ­ưu tiên cho các ngắt đó. Việc trích mẫu và tạo các mảng số liệu của 8 kênh analog ở RAM trong đư­ợc thực hiện bởi chư­ơng trình con CONV do ch­ương trình chính gọi bằng lệnh ACALL.

D­ưới đây là đoạn mở đầu của chư­ơng trình chính và chương trình con CONV.

;* * * * ** * * * * * * * ** **.* ** ** *** * ** * *

; Ch­ương trình điều khiển ADC0809 trích mẫu 8 kênh analog và cất số liệu vào RAM trong ;

;* * * * * * * *** * * * ** ** ** * ** ** * ** ** **

; Khai báo tên và địa chỉ của các biến byte

BUFFEQU30h; Địa chỉ đầu vùng đệm cất số liệu ở RAM trong

TOP-SPEQU6fh; Đỉnh ngăn xếp khi khởi động

; Khai báo giá trị của các hằng số liệu tức thời

LENGEQU5; độ dài mỗi mảng sổ liệu của một kênh

NUMBEQU 8; số kênh analog cần trích mẫu

; Khai báo tên và địa chỉ của các biến bít

SA0 BITP1.0; AO chọn cổng analog của ADC0809

SA1 BITP1.1; Ai chọn cổng analog của ADC0809

SA2BITP1.2; A2 chọn cổng analog của ADC0809

STARTBIT P1.3 ; S­ườn xuống của START bắt đầu trích mẫu

OUT BIT P1.4 ; OUT="1" , Mở đệm ra của ADC0809 đến cổng P0

LATCH BIT P1.5 ; LATCH="1" , Chốt số liệu của cổng P0 vào U2

E-LCD BIT P1.6 ; E_LCD="1" , Chốt số liệu của cổng P0 vào LCD

C-LCDBIT P1.7 ; C_LCD="1" , Xóa bộ hiển thị LCD

EOC BIT P3.3 ; EOC="1" , Báo kết thúc trích mẫu (là ngắt INT1)

; Mã chư­ơng trình bắt đầu từ đây. Khởi tạo các vector ngắt INT0 và cổng nối tiếp

ORG 00h ; Địa chỉ bắt đầu ch­ương trình khi RESET

AJMP MAIN ; Nhảy đến điể bắt đầu chư­ơng trình chính

ORG 03h ; Địa chỉ vector ngắt ngoài INT0

AJMP S_INTO ; Nhảy đến ch­ương trình con xử lý ngắt INT0

ORG 23h ; Địa chỉ vector ngắt cổng nổi tiếp.

AJMP S_PORT ; Nhẩy đến chư­ơng trình con xử lý ngắt cổng nối tiếp

;* ** * * * * * * * *** * * *** * * * * * * * *** * *

; Bắt đầu ch­ương trình chính ;

;* * * * *** * * ** * * * * * * * *** * *** * * * * *

ORG 30h ; Điểm nhập của ch­ương trình chính

MAIN:MOV SP,#TOP_SP ; Nạp đỉnh ngăn xếp là địa chỉ TOP_ SP ở RAM

MOV IE,#92h ; Cho phép các ngắt INT0 và cổng nối tiếp

MOV IP,#02h : Ngắt INT0 ở mức ­ưu tiên cao

MOV TCON,#01h ; Đặt INT0 tác động theo sư­ờn xuống

MOV P2,#08h ; Xóa các bít cổng P2 bằng 0, riêng START= 1

REL0:ACALL CONV ; Gọi chư­ơng trình con trích mẫu 8 kênh analog

;........

; Tiếp theo là các lệnh xử lý và trao đổi số liệu

;......

NOP

AJMP REL0 ; Nhẩy về RELO để trích mẫu lấy số liệu

;......

; Hết ch­ương trình chính, bắt đầu các chư­ơng trình con

;** * * *** * ** * * **** * * * * *** **** ** ** * * * *** *

; CONV: Ch­ương trình con trích mẫu tín hiệu của 8 kênh analog và cất số liệu thành 8 mảng ;

; Cho 8 kênh, mỗi mảng dài 5 byte bắt đầu từ địa chỉ BUFF ở RAM trong của 89C51 ;

; Sử dụng các thanh ghi: R0, R6, R7, B và thanh chứa A

;****** ******* ************ *** * ********* ** *

CONV:MOV R6,LENG ; Dùng R6 làm con đếm chỉ số mảng số liệu

MOV B,BUFF ; B chứa địa chỉ cất số liệu của kênh 0 (mảng 0)

MOV R7,#0 ; R7 giữ địa chỉ chọn kênh analog, từ kênh 0

CONI: MOV R0,B ; R0 là con trỏ để cất số liệu vào RAM trong

CON2: CLR SA0 ; Xoá SA0 = 0

CLR SA1 ; Xoá SA1 = 0

CLR SA2 ; Xoá SA2 = 0

MOV A,R7 ; Nạp địa chỉ chọn kênh analog vào A

ORL P1,A ; Gởi địa chỉ chọn kênh analog đến ADC0809

NOP ; Giữ chậm để địa chỉ ổn định

CLR START ; S­ườn xuống của START kích bắt đầu trích mẫu

JB EOC,$ ; Đợi ADC0809 hạ EOC="0" báo bắt đầu trích mẫu

SETB START ; Trả START về mức cao: START="1

JNB EOC,$ ; Đợi EOC="1" báo kết thúc trích mẫu

SETB OUT ; OUT = 1, mở mạch ra ADC0809 tới cổng P0

NOP ; Giữ chậm cho số liệu ổn định trên BUS

MOV @R0,P0 ; Cất số liệu trích mẫu vào ô nhớ trỏ bởi R0

MOV A,R0 ; Gửi giá trị của R0 vào A:(A)="(R0)

ADD A,#LENG ; (A)="(A)+LENG" , địa chỉ cất số liệu của kênh sau

MOV R0,A ; R0 trỏ đến ô nhớ cất số liệu của kênh tiếp theo

INCR7 ; Tâng địa chỉ chọn kênh analog đến kênh tiếp theo

CJNER7,#NUMB, CON2 ; (R7)<8, chi­a hết 8 kênh, về CONV2 làm tiếp

INCB ; (R7)="8," Tăng B đến ô nhớ tiếp theo của kênh 0

DJNZ R6,CON1 ; (R6)-1 ="(R6)>O," nhẩy về CONV1 lấy số liệu tiếp

RET (R6)="0," đã lấy đủ 8 mảng số liệu của 8 kênh

; Còn các chư­ơng trình con khác nữa.

END ; Kết thúc chư­ơng trình

Sau khi điều khiển ADC0809 trích mẫu, ch­ương trình này không sử dụng ngắt mà quay vòng tại chỗ đợi tín hiệu báo kết thúc trích mẫu EOC của ADC0809 lên cao thì đọc số liệu, ch­ương trình nh­ư vậy đơn giản và dễ viết, như­ng có như­ợc điểm lớn là không tận dụng đư­ợc thời gian ADC trích mẫu để làm việc khác. Thời gian ADC0809 trích một mẫu tín hiệu t­ương tự là 1 100μs, nếu dùng ngắt thì thời gian đó 89C51 có thể xử lý các số liệu đã nhận đư­ợc trước đó hoặc thực hiện trao đổi số liệu với máy tính.