Đề tài Thiết kế mạch đếm sản phẩm bằng nút ấn hiển thị trên led 7 đoạn

Nội dung nhiệm vụ : Nghiên cứu, thiết kế và thi công mạch Đếm Sản Phẩm Sử Dụng nút nhấn hiển thị led 7 đoạn Yêu cầu khi nhấn nút ấn BUTTON giá trị hiển thị của LED 7 đoạn phải nhảy lênmộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 2

Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

Khoa: CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn : Phan Tròn Sinh viên thực hiện : Trương Quang Thông MSSV: 1411050210 Lớp: 14DTD02

TP Hồ Chí Minh, <tháng … năm …… >

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đề số: ………

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN

THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

1 Họ và tên sinh viên:

Trương Quang Thông MSSV: 1411050210 Lớp: 14DTD02

2 Tên đề tài : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

3 Các dữ liệu ban đầu :

- Sử dụng IC PIC 16F877A, BUTTON, và 2 LED 7 đoạn

- Nguyên lý sử dụng PIC 16F877A

- Nguyên lý sử dụng LED 7 đoạn

- Sơ đô chân PIC 16F877A và LED 7 đoạn

4 Nội dung nhiệm vụ : Nghiên cứu, thiết kế và thi công mạch Đếm Sản Phẩm Sử

Dụng nút nhấn hiển thị led 7 đoạn

Yêu cầu khi nhấn nút ấn BUTTON giá trị hiển thị của LED 7 đoạn phải nhảy lênmột đơn vị có giá trị từ 00 đên 99

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Thiết kế sơ đồ nguyên lý vẽ mạch in

2) Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch

3) Mạch hoạt động tốt

Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

TP HCM, ngày … tháng … năm ……….

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sựphát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm như

sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định Là những yếu tố cần thiết làm cho hoạt động con người đạt hiệu quả cao

Việc sản suất hàng loạt sản phẩm với số lượng lớn đòi hỏi con người cần có công cụ cần thiết để kiểm soát số lượng sản phẩm Chính vì vậy em đã chọn đề tài “MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN”

Nội dung báo cáo này gồm 5 chương :

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH

CHƯƠNG 4: THI CÔNG-KẾT QUẢ THỰC HIỆN

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(cỡ chữ 14pt, in đậm, viết hoa, đặt ở giữa)

Giáo viên hướng dẫn : Phan Tròn

Họ và tên sinh viên : Trương Quang Thông

ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

(ký tên và ghi rõ họ tên)

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

(cỡ chữ 14pt, in đậm, viết hoa, đặt ở giữa)

Giáo viên phản biện :

Họ và tên sinh viên : Trương Quang Thông Lớp : 14DTD02 MSSV : 1411050210 Tên đề tài : THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG NÚT ẤN HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Giáo viên phản biện

(ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU iv

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 1

3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: 1

5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN: 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Vi điều khiển PIC16F877A 3

2.2 LED 7 Đoạn 7

2.2.1 Giới thiệu LED 7 đoạn 7

2.2.2 Mã led 7 thanh 9

2.3 Điện trở: 11

2.4 Thạch anh 8 Mhz: 11

2.5 Tụ điện 12

2.6 Nút nhấn BUTTON 13

2.7 Giới Thiệu Phần mềm lập trinh PIC CCS 14

2.7.1 CCS 14

2.7.2 Biên chương trình: 16

2.7.3 Các phép toán irons CCS: 16

2.7.4 Các điều kiên losic: 16

2.7.5 Các đinh nghĩa trong CCS: 16

2.7.6 Các hàm thông dụng trong CCS: 17

2.7.6.1 Hàm delay: liên quan đến #use delay(clock = tần số thạch anh) 17

2.7.6.2 Hàm I/O: xuất/ nhập một giá trị ra/ từ PIN (bit) hoặc PORT (byte) set_tris_x(byte) 17

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 19

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG: 19

3.2 Sơ đồ nguyên lý: 19

3.3 Giá trị điện trở hạn dòng led 7 đoạn 20

3.4 Sơ đồ luận lý 21

3.5 Code vi điều khiển 21

3.6 Chức năng và nhiệm vụ từng khối 23

3.6.1 Khối nguồn 23

3.6.2 Khối hiển thị 23

3.6.3 Khối VDK PIC 16F877A 23

3.6.4 Khối phím nhấn 23

Chương 4 THI CÔNG MÔ HÌNH (hoặc MÔ PHỎNG) 24

4.1 Mô phỏng bằng Protues 8.6 24

4.2 Mạch in 24

4.3 Ảnh 3d board mạch 25

4.4 Thi Công 25

4.6 Sản phẩm 27

5.1 Kết luận 28

5.2 Hướng phát triển đề tài 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO i

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện

tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹthuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Do đó chúng ta phải nắmbắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoahọc kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Trong quá trình sản xuất thì nhiều khâu được tự động hóa Một trong nhữngkhâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm rađược đếm một cách tự động

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàntoàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sửdụng nhân công

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của em, em muốn làm một điều gìnhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phéptăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao.Nên em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế và

nó thật sự rất có ý nghĩa đối với em vì đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xãhội

3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

Đề tài được chọn là mạch đếm sản phẩm sữ dụng nút nhất và hiển thị trên LED 7đoạn tác dụng là giảm bớt khó khăn khi quản lý số lượng sản phẩm khi sản xuấtvới số lượng lớn

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Sử dụng các kiến thức đã học ở các môn kỹ thuật số và vi điều khiển điện tử 1 để

vẽ sơ đồ nguyên lý

Sử dụng phần mềm protues 8.6 để mô phỏng và thiết kế mạch in.

Sử dụng phần mềm CCS để lập trình code cho PIC 16F877A

Sử dùng phần mềm PICKIT2 để nạp code cho PIC 16F877A

5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:

Đồ án gồm có 5 chương chính:

- TỔNG QUANG VỀ ĐỀ TÀI

- CỞ SỞ LÝ THUYẾT

- TÍNH TOÁN THIẾT KÊT

- THI CÔNG MÔ HÌNH ( MÔ PHỎNG)

- KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Vi điều khiển PIC16F877A

PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộnhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường) Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877Anhư sau:

- 8 K Flash ROM

- 368 Bytes RAM

- 256 Bytes EEPROM

- 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập

- 2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2)

- Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm nănglượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài

- 2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM)

- 1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào

- 2 bộ so sánh tương tự (Compartor)

- 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer)

- Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển

- Một cổng nối tiếp

- 15 nguồn ngắt

- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Programming)

- Được chế tạo bằng công nghệ CMOS

- 35 tập lệnh có độ dài 14 bits

- Tần số hoạt động tối đa 20MHz

PIC là một họ vi điều khiển RISC của MICROCHIP

PIC: Programmable Intelligent Computer

Hình 2.1.2 Sơ đồ cơ cấu PIC16F877A

Bảng 2.1 Một số đặc tính của vi điều khiển PIC16F877A

4

Hình 2.1.2 PIC16F877A

 Điều kiện hoạt động:

 RESET: tích cực mức thấp

 Thạch anh 4/8/12/20 MHz

 Cổng ghi chương trình: JTAG

Hình 2.1.3 Điều kiện hoạt động của PIC16F877A

6

 Cấu trúc I/O: dòng IL và IH là 25mA

Hình 2.1.4 Cấu trúc I/O

2.2 LED 7 Đoạn

2.2.1 Giới thiệu LED 7 đoạn

Có thể hiểu một cách vô cùng đơn giản về LED 7 đoạn như sau:

- LED 7 đoạn hay LED 7 thanh (Seven Segment display) là 1 linh kiện rất phổdụng , được dùng như là 1 công cụ hiển thị đơn giản nhất

- Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau , vì vậy mà

có tên là LED 7 đoạn là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thịđược các số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còndùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm (dot) Các led đơn lần lượt được gọitên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm dot (DP)

- 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode (cực +) hoặc Cathode (cực -) được nốichung với nhau vào một điểm và được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạchđiện 7 cực còn lại trên mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trên led đơn ở gócdưới, bên phải của led 7 đoạn được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển choled sáng tắt theo ý muốn

- Nếu led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, cácchân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sángkhi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0

- Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuốngGround (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt củacác led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.

Hình 2.2 Sơ đồ đơn giản của chân led 7 đoạn

8

2.2.2 Mã led 7 thanh.

- Mã LED 7 đoạn có Anode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Cathodecủa LED đơn đó mức 0 Từ đó ta có bảng giải mã LED 7 đoạn Anode chung nhưsau:

Hình 2.3 bảng mã led 7 đoạn Anode

chung

- Mã LED 7 đoạn Cathode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Anode củaLED đơn đó mức 1 Từ đó ta có bảng giãi mã LED 7 đoạn Cathode chung như sau:

10

Hình 2.5 Sơ đồ chân LED 7 đoạn Hình 2.4 Mã LED 7 đoạn Cathode chung

Trong đó: ρ là điện trở suất của vật liệu

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

U

I Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thểdẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó vớicường 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 ămpe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω) )

Ký hiệu:

Giá tri của điện trở là Ohm

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

2.4 Thạch anh 8 Mhz:

Tạo tần số hoạt động cho Pic 16F877A

Đặc tính vật lý: độ bền cơ học, 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 daođộng Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng

Ký hiệu:

12

Ký hiệu:

Hình 2.7 ký hiệu tụ điện

Giá trị của tụ điện là điện dung

Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F] Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất lớn,

do đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10−6F), nano Fara(1nF=10−9F), picoFara (1pF=10−12F)

Công thức tính điện dung của tụ:

d là bề giày chất điện môi

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

Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:

Trong đó:

0

 = 8.86.10-12 C2/ N.m2 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

Trong mạch sử dụng 1 loại tụ đó là: Tụ gốm Tụ gốm được sử dụng cho 30 pF

- Dẫn điện (thường dùng để tạo mức LOW cho vi điều khiển)

- Không dẫn (thường dùng để tạo mức HIGHT cho vi điều khiển

14

2.7 Giới Thiệu Phần mềm lập trinh PIC CCS2.7.1 CCS

2.7.2 Biên chương trình:

Lưu ý: có thể sử dụng signed hoặc unsigned trước các kiểu để chỉ cho trường hợp códấu và không có dấu

- Phép toán logic: AND (&); OR( I)

- Dịch trái n bit biến a: a = a«n

- Dịch phải n bit biến a: a = a» n (Xem thêm trong HELP: operators)

2.7.4 Các điều kiên losic:

- AND (&&)

- OR(\\)

- Phủ định (!)

2.7.5 Các đinh nghĩa trong CCS:

LED PINDO SET= 100

SW1 = 0x86.0 //REO

delay_cycles(1): trì hoãn 1 xung clock = 1/(fXTAL/4 )

2.7.6.2 Hàm I/O: xuất/ nhập một giá trị ra/ từ PIN (bit) hoặc PORT (byte)

Ví dụ 1:

State = input(PIN_E0); // State là biến nhị phân (intl State) Ví dụ 2:

#define SW1 PIN_D4

#define LED PIN C1

If (!input(SW1)) { output_toggle(LED); delay_ms(300);}

- input_x(): x là a, b, c,d, hoặc e (port a, b, c,d, hoặc e)

Ví dụ:

Unsigned char a;

a = input_d(); // đọc 1 byte từ port d và gán vào a

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG:

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

 Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện một chiều cho mạch

 Khối xử lý: IC xử lý tín hiệu theo chương trình đã được nạp sẵn

 Khối hiển thị: LED 7 đoạn hiển thị thông tin theo mã code được lập trình trong khối xử lý

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI HIỂN THỊ

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý

3.3 Giá trị điện trở hạn dòng led 7 đoạn

Trong các mạch thì thường dùng nguồn 5V nên để tránh việc đốt cháy led thì cách đơngiản nhất là mắc thêm trở hạn dòng

Thông số làm việc của LED 7 đoạn là:

Điện áp = 2V

Dòng = 20mA

Vậy nếu dùng nguồn 5V , thì áp rơi trên trở = 5 -2 = 3 V

R = U / I = 3/(20*10^-3) = 150 ôm, chọn giá trị điên trở thực tế gần đúng với yêu câu

là 220 Ohm

Dem=Dem + +

Xuất ra giá trị Dem

Đúng Sai

Hình 3.2 Sơ đồ luận lý

3.5 Code vi điều khiển

if(DEM<100) {

3.6 Chức năng và nhiệm vụ từng khối

Hiển thị số sản phẩm đếm được lên LED 7 Đoạn

3.6.3 Khối VDK PIC 16F877A

Mạch sử dụng PIC 16F877A để đếm có nút reset để reset về 0 Khi có tín hiệu từ nútnhấn 1 (Mức 0 tại RC0) ta sẽ code cho pic đếm lên 1 đơn vị và xuất ra LED 7 Đoạn.Bao gồm 3 khối nhỏ:

khối điều khiển xung

đó VDK quét được sự thay đổi từ chân RC0 để thực hiện lệnh đếm lên

3 Khối này được gói gọn trong pic 16F877A, tất cả đề được điều khiển bằng cách nốidây và mã code khi nạp lên Pic

24

Chương 4 THI CÔNG MÔ HÌNH (hoặc MÔ PHỎNG)

4.1 Mô phỏng bằng Protues 8.6

4.2 Mạch in

4.3 Ảnh 3d board mạch

4.4 Thi Công

Tiến hành ủi mạch in, rửa mạch và hàn linh kiện

26

4.5 Nạp code:

Nạp code bằng mạch nạp Pickit2

Hình 4.4 Nạp code

4.6 Sản phẩm

28

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận

Sản phẩm được hoàn thành:

 Chạy đúng chức năng đặt ra ban đầu

 Hệ thống ổn định

Đối với sinh viên:

 Làm quen được vi điều khiển và lập trình trong vi điều khiển

 Tăng thêm kinh nghiệm trong làm mạch và sử dụng các phần mềm CCS,Proteus, Orcad

Ưu điểm làm dễ làm không có nhiều saii sót đễ dàng thay đổi code của VDK đễdàng cho phát triển sau này

Khuyết điểm là: Mạch quá đơn giản nên tích thực tế chưa cao, chưa sử dụng hết

bộ nhớ của VDK dẫn đến lãng phí, giá thành PIC 16F877A khác cao

5.2 Hướng phát triển đề tài

Có thể phát trển CODE của mạch lên để ứng dụng ở một mức cao hơn có tinhchất dễ vào đời sống hàng ngày hơn.

Như:

- Hệ thống kiểm soát khi số lượng sản phẩm quá tải

- Hệ thống nhận diện phân loại và thống kê sản phẩm

- Đếm tần số dao động nhờ vào timer để tinh

- Đề tài có thể được phát làm đồng hồ điện tử

- Đồng hồ bấm giờ

- Đếm sản phẩm trong công nghiệp khi tich hợp cảm biến

30

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ThS Phạm Quốc Phương, Vi Điều Khiển, Trường ĐH Công Nghệ TP.HCM, 2015http://www.google.com