Chương 12
Phối ghép với thế giới thực: LCD, ADC và các cảm biến
Chương này khám phá một số ứng dụng của 8051 với thế giới thực. Chúng ta
giải thích làm cách nào phối ghép 8051 với các thiết bị như là LCD, ADC và các
cảm biến.
12.1 Phối ghép một LCD với 8051.
ở phần này ta sẽ mô tả các chế độ hoạt động của các LCD và sau đó mô tả
cách lập trình và phối ghép một LCD tới 8051.
12.1.1 Hoạt động của LCD.
Trong những năm gần đây LCD đang ngày càng được sử dụng rộng rãi thay
thế dần cho các đèn LED (các đèn LED 7 đoạn hay nhiều đoạn). Đó là vì các nguyên
nhân sau:
1. Các LCD có giá thành hạ.
2. Khả năng hiển thị các số, các ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với các đèn LED
(vì các đèn LED chỉ hiển thị được các số và một số ký tự).
3. Nhờ kết hợp một bộ điều khiển làm tươi vào LCD làm giải phóng cho CPU công
việc làm tươi LCD. Trong khi đèn LED phải được làm tươi bằng CPU (hoặc bằng
cách nào đó) để duy trì việc hiển thị dữ liệu.
4. Dễ dàng lập trình cho các ký tự và đồ hoạ.
12.1.2 Mô tả các chân của LCD.
LCD được nói trong mục này có 14 chân, chức năng của các chân được cho
trong bảng 12.1. Vị trí của các chân được mô tả trên hình 12.1 cho nhiều LCD khác
nhau.
1. Chân V
CC
, V
SS
và V
EE
: Các chân V
CC
, V
SS
và V
EE
: Cấp dương nguồn - 5v và đất
tương ứng thì V
EE
được dùng để điều khiển độ tương phản của LCD.
2. Chân chọn thanh ghi RS (Register Select).
Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn
các thanh ghi này như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép
người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng
v.v Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu
cần hiển thị trên LCD.
3. Chân đọc/ ghi (R/W).
Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0
hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W = 1.
4. Chân cho phép E (Enable).
Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu trên chân
dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống
thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liêu. Xung này
phải rộng tối thiểu là 450ns.
5. Chân D0 - D7.
Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội
dung của các thanh ghi trong LCD.
Để hiển thị các chữ cái và các con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ
cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 - 9 đến các chân này khi bật RS = 1.
Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa
con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. Bảng 12.2 liệt kê các mã lênh.
Chúng ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận để xem LCD có sẵn
sàng nhân thông tin. Cờ bận là D7 và có thể đượcđọc khi R/W = 1 và RS = 0 như
sau:
Nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận 1) thì LCD bận bởi các công việc
bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào. Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng
nhận thông tin mới. Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu
nào lên LCD.
Bảng 12.1: Mô tả các chân của LCD.
Chân Ký hiệu I/O Mô tả
1 V
SS
- Đất
2 V
CC
- Dương nguồn 5v
3 V
EE
- Cấp nguồn điều khiển phản
4 RS I RS = 0 chọn thanh ghi lệnh. RS = 1 chọn
thanh dữ liệu
5 R/W I R/W = 1 đọc dữ liệu. R/W = 0 ghi
6 E I/O Cho phép
7 DB0 I/O Các bít dữ liệu
8 DB1 I/O Các bít dữ liệu
9 DB2 I/O Các bít dữ liệu
10 DB3 I/O Các bít dữ liệu
11 DB4 I/O Các bít dữ liệu
12 DB5 I/O Các bít dữ liệu
13 DB6 I/O Các bít dữ liệu
14 DB7 I/O Các bít dữ liệu
Bảng 12.2: Các mã lệnh LCD.
Mã (Hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD
1 Xoá màn hình hiển thị
2 Trở về đầu dòng
4 Giả con trỏ (dịch con trỏ sang trái)
6 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải)
5 Dịch hiển thị sang phải
7 Dịch hiển thị sang trái
8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị
A Tắt hiển thị, bật con trỏ
C Bật hiển thị, tắt con trỏ
E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ
F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ
10 Dịch vị trí con trỏ sang trái
14 Dịch vị trí con trỏ sang phải
18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái
1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải
80
ép con trỏ Vũ đầu dòng thứ nhất
C0
ép con trỏ Vũ đầu dòng thứ hai
38
Hai dòng và ma trận 5
7
Ghi chú: Bảng này được mở rộng từ bảng 12.4.
Hình 12.1: Các vị trí chân của các LCD khác nhau của Optrex.
12.1.3 Gửi các lệnh và dữ liệu đến LCD với một độ trễ.
Để gửi một lệnh bất kỳ từ bảng 12.2 đến LCD ta phải đưa chân RS về 0. Đối
với dữ liệu thì bật RS = 1 sau đó gửi một sườn xung cao xuống thấp đến chân E để
cho phép chốt dữ liệu trong LCD. Điều này được chỉ ra trong đoạn mã chương trình
dưới đây (xem hình 12.2).
; gọi độ thời gian trễ trước khi gửi dữ liệu/ lệnh kế tiếp.
; chân P1.0 đến P1.7 được nối tới chân dữ dữ liệu D0 - D7 của LCD.
; Chân P2.0 được nối tới chân RS của LCD.
; Chân P2.1 được nối tới chân R/W của LCD.
; Chân P2.2 được nối đến chân E của LCD.
ORG
MOV A, # 38H ; Khởi tạo LCD hai dòng với ma trận 5
7
ACALL COMNWRT ; Gọi chương trình con lệnh
ACALL DELAY ; Cho LCD một độ trễ
MOV A, # 0EH ; Hiển thị màn hình và con trỏ
ACALL COMNWRT ; Gọi chương trình con lênh
ACALL DELAY ; Cấp một độ trễ cho LCD
MOV AM # 01 ; Xoá LCD
ACALL COMNWRT ; Gọi chương trình con lệnh
ACALL DELAY ; Tạo độ trễ cho LCD
MOV A, # 06H ; Dịch con trỏ sang phải
ACALL COMNWRT ; Gọi chương trình con lệnh
ACALL DELAY ; Tạo độ trễ cho LCD
MOV AM # 48H ; Đưa con trỏ về dòng 1 cột 4
ACALL COMNWRT ; Gọi chương trình con lệnh
12 14
14
13
2
1
14 21
DMC20261
DMC24227
DMC24138
DMC32132
DMC32239
DMC40131
DMC40218
DMC1610A
DMC1606C
DMC16117
DMC16128
DMC16129
DMC1616433
DMC20434
DMC16106B
DMC16207
DMC16230
DMC20215
DMC32216
ACALL DELAY ; Tạo độ trễ cho LCD
MOV A, # N ; Hiển thị chữ N
ACALL DATAWRT ; Gọi chương trình con hiển thij DISPLAY
ACALL DELAY ; Tạo độ trễ cho LCD
MOV AM # 0 ; Hiển thị chữ 0
ACALL DATAWRT ; Gọi DISPLAY
AGAIN: SJMP AGAIN ; Chờ ở đây
COMNWRT: ; Gửi lệnh đến LCD
MOV P1, A ; Sao chép thanh ghi A đến cổng P1
CLR P2.0 ; Đặt RS = 0 để gửi lệnh
CLR P2.1 ; Đặt R/W = 0 để ghi dữ liệu
SETB P2.2 ; Đặt E = 1 cho xung cao
CLR P2.2 ; Đặt E = 0 cho xung cao xuống thấp
RET
DATAWRT: ; Ghi dữ liệu ra LCD
MOV P1, A ; Sao chép thanh ghi A đến cổng P1
SETB P2.0 ; Đặt RS = 1 để gửi dữ liệu
CLR P2.1 ; Đặt R/W = 0 để ghi
SETB P2.2 ; Đặt E = 1 cho xung cao
CLR P2.2 ; Đặt E = 0 cho xung cao xuống thấp
RET
DELAY: MOV R3, # 50 ; Đặt độ trễ 50
m
s hoặc cao hơn cho CPU nhanh
HERE2: MOV R4, # 255 ; Đặt R4 = 255
HERE: DJNZ R4, HERE ; Đợi ở đây cho đến khi R4 = 0
DJNZ R3, HERE2
RET
END
Hình 12.2: Nối ghép LCD.
12.1.4 Gửi mã lệnh hoặc dữ liệu đến LCD có kiểm tra cờ bận.
Đoạn chương trình trên đây đã chỉ ra cách gửi các lệnh đến LCD mà không có
kiểm tra cờ bận (Busy Flag). Lưu ý rằng chúng ta phải đặt một độ trễ lớn trong quá
ảtình xuất dữ liệu hoặc lệnh ra LCD. Tuy nhiên, một cách tốt hơn nhiều là hiển thị cờ
bận trước khi xuất một lệnh hoặc dữ liệu tới LCD. Dưới đây là một chương trình như
vậy.
; Kiểm tra cờ bận trước khi gửi dữ liệu, lệnh ra LCD
; Đặt P1 là cổng dữ liệu
P2.1
D0
P1.0
P1.0
P2.2
D7
R/W E RS
V
SS
V
EE
V
CC
+5v
10K
POT
LCD
8051
; Đặt P2.0 nối tới cổng RS
; Đặt P2.1 nối tới chân R/W
; Đặt P2.2 nối tới chân E
ORG
MOV A, # 38H ; Khởi tạo LCD hai dòng với ma trận 5
7
ACALL COMMAND ; Xuất lệnh
MOV A, # 0EH ; Dịch con trỏ sang phải
ACALL COMMAND ; Xuất lệnh
MOV A, # 01H ; Xoá lệnh LCD
ACALL COMMAND ; Xuất lệnh
MOV A, # 86H ; Dịch con trỏ sang phải
ACALL COMMAND ; Đưa con trỏ về dòng 1 lệnh 6
MOV A, # N ; Hiển thị chữ N
ACALL DATA DISPLAY
MOV A, # 0 ; Hiển thị chữ 0
ACALL DATA DISPLAY
HERE: SJMP HERE ; Chờ ở đây
COMMAND: ACALL READY ; LCD đã sẵn sàng chưa?
MOV P1, A ; Xuất mã lệnh
CLR P2.0 ; Đặt RS = 0 cho xuất lệnh
CLR P2.1 ; Đặt R/W = 0 để ghi dữ liệu tới LCD
SETB P2.2 ; Đặt E = 1 đối với xung cao xuống thấp
CLR P2.2 ; Đặt E = 0 chốt dữ liệu
RET
DATA-DISPLAY::
ACALL READY ; LCD đã sẵn sàng chưa?
MOV P1, A ; Xuất dữ liệu
SETB P2.0 ; Đặt RS = 1 cho xuất dữ liệu
CLR P2.1 ; Đặt R/W = 0 để ghi dữ liệu ra LCD
SETB P2.2 ; Đặt E = 1 đối với xung cao xuống thấp
CLR P2.2 ; Đặt E = 0 chốt dữ liệu
RET
DELAY:
SETB P1.7 ; Lấy P1.7 làm cổng vào
CLR P2.0 ; Đặt RS = 0 để truy cập thanh ghi lệnh
SETB P2.1 ; Đặt R/W = 1 đọc thanh ghi lệnh
; Đọc thanh ghi lệnh và kiểm tra cờ lệnh
BACK: CLR P2.2 ; E = 1 đối với xung cao xuống thấp
SETB P2.2 ; E = 0 cho xung cao xuống thấp?
JB P1.7, BACK ; Đợi ở đây cho đến khi cờ bận = 0
RET
END
Lưu ý rằng trong chương trình cờ bận D7 của thanh ghi lệnh. Để đọc thanh
ghi lệnh ta phải đặt RS = 0, R/W = 1 và xung cao - xuống - thấp cho bít E để cấp
thanh ghi lệnh cho chúng ta. Sau khi đọc thanh ghi lệnh, nếu bít D7 (cờ bận) ở mức
cao thì LCD bận và không có thông tin (lệnh) nào được xuất đến nó chỉ khi nào D7
= 0 mới có thể gửi dữ liệu hoặc lệnh đến LCD. Lưu ý trong phương phát này không
sử dụng độ trễ thời gian nào vì ta đang kiểm tra cờ bận trước khi xuất lệnh hoặc dữ
liệu lên LCD.
12.1.5 Bảng dữ liệu của LCD.
Trong LCD ta có thể đặt dữ liệu vào bất cứ chỗ nào. dưới đây là các vị trí địa
chỉ và cách chúng được truy cập.
RS E/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
0 0 1 A A A A A A A
Khi AAAAAAA = 0000000 đến 0100111 cho dòng lệnh 1 và AAAAAAA =
1100111 cho dòng lệnh2. Xem bảng 12.3.
Bảng 12.3: Đánh địa chỉ cho LCD.
DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
Dòng 1 (min) 1 0 0 0 0 0 0 0
Dòng 1 (max) 1 0 1 0 0 1 1 1
Dòng 2 (min) 1 1 0 0 0 0 0 0
Dòng 2 (max) 1 1 1 0 0 1 1 1
Dải địa chỉ cao có thể là 0100111 cho LCD. 40 ký tự trong khi đối với CLD
20 ký tự chỉ đến 010011 (19 thập phân = 10011 nhị phân). Để ý rằng dải trên
0100111 (nhị phân) = 39 thập phân ứng với vị trí 0 đến 39 cho LCD kích thước 40
2.
Từ những điều nói ở trên đây ta có thể nhận được các địa chỉ của vị trí con trỏ
có các kích thước LCD khác nhau. Xem hình 12.3 chú ý rằng tất cả mọi địa chỉ đều
ở dạng số Hex. Hình 12.4 cho một biểu đồ của việc phân thời gian của LCD. Bảng
12.4 là danh sách liệt kê chi tiết các lệnh và chỉ lệnh của LCD. Bảng 12.2 được mở
rộng từ bảng này.
16 2 LCD
80
C0
81
C0
82
C2
83
C3
84
C4
85
C5
86
C6
Through
Through
8F
CF
20 1 LCD
80 81 82 83 Through 93
20 2 LCD
80
C0
81
C0
82
C2
83
C3
Through 93
Through D3
20 4 LCD
80
C0
94
D4
81
C0
95
D5
82
C2
96
D6
83
C3
97
D7
Through 93
Through D3
Through A7
Through E7
20 2 LCD
80
C0
81
C0
82
C2
83
C3
Through A7
Through E7
Note: All data is in hex.
Hình 12.3: Các địa chỉ con trỏ đối với một số LCD.
Hình 12.4: Phân khe thời gian của LCD.
Bảng 12.4: Danh sách liệt kê các lệnh và địa chỉ lệnh của LCD.
Lệnh
RS
R/W
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
Mô tả Thời gian
thực hiện
Xoá
màn
hình
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Xoá toàn bộ màn hình và đặt địa
chỉ 0 của DD RAM vào bộ đếm
địa chỉ
1.64
m
s
Trở về
đầu
dòng
0 0 0 0 0 0 0 0 1 - Đặt địa chỉ 0 của DD RAM như bộ
đếm địa chỉ. Trả hiển thị dịch về vị
trí gốc DD RAM không thay đổi
1.64
m
s
Đặt chế
độ truy
nhập
0 0 0 0 0 0 0 1 1/
D
S Đặt hướng chuyển dịch con trỏ và
xác định dịch hiển thị các thao tác
này được thực hiện khi đọc và ghi
dữ liệu
40
m
s
Điều
khiển
Bật/tắt
hiển thị
0 0 0 0 0 0 1 D C B Đặt Bật/ tắt màn hình (D) Bật/ tắt
con trỏ (C) và nhấp nháy ký tự ở vị
trí con trỏ (B)
40
m
s
Dịch
hiển thị
và con
trỏ
0 0 0 0 0 1 S
/
C
R
/
L
- - Dịch con trỏ và dịch hiển thị mà
không thay đổi DD RAM
40
m
s
Đặt
chức
năng
0 0 0 0 1 D
L
N F - - Thiết lập độ dài dữ liệu (DL) số
dòng hiển thị (L) và phòng ký tự
(F)
40
m
s
t
Pwh
= Enable pulse width = 450 ns (minimum)
t
DSW
= Data set up time = 195 ns (minimum)
t
H
= Data hold time 10 ns (minimum)
t
AS
= Set up time prior to E (going high) for both RS and R/W = 140 ns (minimum)
t
AH
= Hold time afterr E has come down for both RS and R/W = 10 ns (minimum)
Data
t
DSW
t
PWH
t
H
t
AH
W/R
E
RS
t
AS
Đặt địa
chỉ
CGRA
M
0 0 0 1 AGC Thiết lập địa chỉ C6 RAM dữ liệu
CG RAM được gửi đi và nhận sau
thiết lập này
40
m
s
Thiết
lập địa
chỉ DD
RAM
0 0 1 ADD Thiết lập địa chỉ DD RAM dữ liệu
DD RAM được gửi và nhận sau
thiết lập này
40
m
s
Cờ bận
đọc và
địa chỉ
0 1 BF ADD Cờ bận đọc (BF) báo hoạt động
bên trong đang được thực hiện và
đọc nội dung bộ đếm địa chỉ
40
m
s
Ghi dữ
liệu CG
hoặc
DD
RAM
1 0 Ghi dữ liệu Ghi dữ liệu vào DD RAM hoặc CG
RAM
40
m
s
Đọc dữ
liệu CG
hoặc
DD
RAM
1 1 Đọc dữ liệu Đọc dữ liệu từ DD RAM hoặc CG
RAM
40
m
s
Ghi chú:
1. Thời gian thực là thời gian cực đại khi tần số f
CP
hoặc f
osc
là 250KHz
2. Thời gian thực thay đổi khi tần số thay đổi. Khi tần số f
EP
hay f
osc
Là 270kHz thì
thời gian thực hiện được tính 250/270
40 = 35
m
s v.v
3. Các ký hiệu viết tắt trong bảng là:
4.
DD RAM RAM dữ liệu hiển thị (Display Data RAM)
CG RAM RAM máy phát ký tự (character Generator)
ACC Địa chỉa của RAM máy phát ký tự
ADD Địa chỉ của RAM dữ liệu hiển thị phù hợp với địa chỉ con trỏ.
AC Bộ đếm địa chỉ (Address Counter) được dùng cho các địa chỉ DD RAM và CG
RAM.
1/D = 1 Tăng 1/D = 0 Giảm
S = 1 Kèm dịch hiển thị
S/C = 1 Dịch hiển thị S/C = 0 Dịch con trỏ
R/L = 1 Dịch sang phải R/L = 0 Dịch trái
DL = 1 8 bít DL = 0 4 bít
N = 1 2 dòng N = 1 1 dòng
F = 1 Ma trận điểm 5
10 F = 0 Ma trận điểm 5
7
BF = 1 Bận BF = 0 Có thể nhận lênh
12.2 Phối ghép 8051 với ADC và các cảm biến.
Phần này sẽ khám phá ghép các chíp ADC (bộ chuyển đổi tương tự số) và các
cảm biến nhiệt với 8051.
12.1.1 Các thiết bị ADC.
Các bộ chuyển đổi ADC thuộc trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi
nhất để thu dữ liệu. Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân, nhưng trong thế
giới vật lý thì mọi đại lượng ở dạng tương tự (liên tục). Nhiệt độ, áp suất (khí hoặc
chất lỏng), độ ẩm và vận tốc và một số ít trọng những đại lượng vật lý của thế giới
thực mà ta gặp hàng ngày. Một đại lượng vật lý được chuyển về dòng điện hoặc điện
áp qua một thiết bị được gọi là các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi cũng có thể được coi
như các bộ cảm biến. Mặc dù chỉ có các bộ cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng
và nhiều đại lượng tự nhiên khác nhưng chúng đều cho ra các tín hiệu dạng dòng
điện hoặc điện áp ở dạng liên tục. Do vậy, ta cần một bộ chuyển đổi tương tự số sao
cho bộ vi điều khiển có thể đọc được chúng. Một chíp ADC được sử dụng rộng rãi là
ADC 804.
12.2.2 Chíp ADC 804.
Chíp ADC 804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loạt ADC 800 từ
hãng National Semiconductor. Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, nó làm việc
với +5v và có độ phân giải là 8 bít. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng
là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được
định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành
một số nhị phân. Trong ADC 804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số
đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110
m
s. Các
chân của ADC 804 được mô tả như sau:
1. Chân
CS
- chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích
hoạt chíp ADC 804. Để truy cập ADC 804 thì chân này phải ở mức thấp.
2. Chân RD (đọc): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp. Các bộ
ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ
nó trong một thanh ghi trong. RD được sử dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi
ở đầu ra của ADC 804. Khi CS = 0 nếu một xung cao - xuống - thấp được áp đến
chân RD thì đầu ra số 8 bít được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 - D7. Chân RD
cũng được coi như cho phép đầu ra.
3. Chân ghi
WR
(thực ra tên chính xác là Bắt đầu chuyển đổi). Đây là chân đầu
vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC 804 bắt đầu quá trình chuyển
đổi. Nếu CS = 0 khi
WR
tạo ra xung cao - xuống - thấp thì bộ ADC 804 bắt đầu
chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự V
in
về số nhị phân 8 bít. Lượng thời gian cần
thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK
R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuống thấp
bởi ADC 804.
4. Chân CLK IN và CLK R.
Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi
đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. Tuy nhiên 804 cũng có một máy tạo
xung đồng hồ. Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong (cũng còn được gọi là máy
tạo đồng hồ riêng) của 804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện
và một điện trở như chỉ ra trên hình 12.5. Trong trường hợp này tần số đồng hồ được
xác định bằng biểu thức:
RC1,1
1
f =
giá trị tiêu biểu của các đại lượng trên là R = 10k
W
và C= 150pF và tần số
nhận được là f = 606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là 110
m
s.
Hình 12.5: Kiểm tra ADC 804 ở chế độ chạy tự do.
5. Chân ngắt
INTR
(ngắt hay gọi chính xác hơn là kết thúc chuyển đổi).
Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp. Bình thường nó ở trạng thái cao và khi
việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được
chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi
INTR
xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một
xung cao 0 xuống - thấp tới chân RD lấy dữ liệu ra của 804.
6. Chân V
in
(+) và V
in
(-).
Đây là các đầu vào tương tự vi sai mà V
in
= V
in
(+) - V
in
(-). Thông thường V
in
(-) được nối xuống đất và V
in
(+) được dùng như đầu vào tương tự được chuyển đổi
về dạng số.
7. Chân V
CC
.
Đây là chân nguồn nuối +5v, nó cũng được dùng như điện áp tham chiếu khi
đầu vào V
ref/2
(chân 9) để hở.
8. Chân V
ref/2
.
Chân 9 là một điện áp đầu vào được dùng cho điện áp tham chiếu. Nếu chân
này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC 804 nằm trong dải 0
đến +5v (giống như chân V
CC
). Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự
áp đến V
in
cần phải khác ngoài dải 0 đến 5v. Chân V
ref/2
đượcdùng để thực thi các
điện áp đầu vào khác ngoài dải 0 - 5v. Ví dụ, nếu dải đầu vào tương tự cần phải là 0
đến 4v thì V
ref/2
được nối với +2v.
Bảng 12.5 biểu diễn dải điện áp V
in
đối với các đầu vào V
ref/2
khác nhau.
Bảng 12.5: Điện áp V
ref/2
liên hệ với dải V
in
.
ADC0804
+5V
1
1
1
4
1
2
10
9
19
10k
150pF
11
12
13
14
15
16
17
18
3
5
to
LEDs
Nomally
Open
START
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
WR
INTR
D GND
RD
CS
CLK in
CLK R
A GND
Vref/2
Vin(-)
Vin(+)
20
Vcc
10k
POT
V
ref
/ 2(V) V
in
(V) Step Size (mV)
Hở * 0 đến 5 5/256 = 19.53
2.0 0 đến 4 4/255 = 15.62
1.5 0 đến 3 3/256 = 11.71
1.28 0 đến 2.56 2.56/256 = 10
1.0 0 đến 2 2/256 = 7.81
0.5 0 đến 1 1/256 = 3.90
Ghi chú: - V
CC
= 5V
- * Khi V
ref
/2 hở thì đo được ở đó khoảng 2,5V
- Kích thước bước (độ phân dải) là sự thay đổi nhỏ nhất mà ADC có thể
phân biệt được.
9. Các chân dữ liệu D0 - D7.
Các chân dữ liệu D0 - D7 (D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất LSB)
là các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân được đệm ba trạng thái và dữ liệu
được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD bị đưa xuống thấp.
Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:
buocthuockich
V
D
in
out
=
Với D
out
là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). V
in
là điện áp đầu vào tương tự
và độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2
V
ref
/2) chia cho 256 đối
với ADC 8 bít.
10. Chân đất tương tự và chân đất số.
Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tương tự. Đất
tương tự được nối tới đất của chân V
in
tương tự, còn đất số được nối tới đất của chân
V
cc
. Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự V
in
từ các điện áp ký
sinh tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác. Trong phần trình bày của chúng ta
thì các chân này được nối chung với một đất. Tuy nhiên, trong thực tế thu đo dữ liệu
các chân đất này được nối tách biệt.
Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển
đổi dữ liệu bởi ADC 804 là:
a) Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân
WR
để bắt đầu chuyển đổi.
b) Duy trì hiển thị chân
INTR
. Nếu
INTR
xuống thấp thì việc chuyển đổi được hoàn
tất và ta có thể sang bước kế tiếp. Nếu
INTR
cao tiếp tục thăm dò cho đến khi nó
xuống thấp.
c) Sau khi chân
INTR
xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao - xuống - thấp
đến chân RD để lấy dữ liệu ra khỏi chíp ADC 804. Phân chia thời gian cho quá
trình này được trình bày trên hình 12.6.
Hình 12.6: Phân chia thời gian đọc và ghi của ADC 804.
12.2.3 Kiểm tra ADC 804.
Chúng ta có thể kiểm tra ADC 804 bằng cách sử dụng sơ đồ mạch trên hình
12.7. thiết lập này được gọi là chế độ kiểm tra chạy tự do và được nhà sản xuất
khuyến cao nên sử dụng. Hình 12.5 trình bày một biến trở được dùng để cắp một
điện áp tương tự từ 0 đến 5V tới chân đầu vào.
V
in
(+) của ADC 804 các đầu ra nhị phân được hiển thị trên các đèn LED của
bảng huấn luyện số. Cần phải lưu ý rằng trong chế độ kiểm tra chạy tự do thì đầu vào
CS được nối tới đất và đầu vào
WR
được nối tới đầu ra
INTR
. Tuy nhiên, theo tài
liệu của hãng National Semiconductor nút WR và INTR phải được tạm thời đưa
xuống thấp kế sau chu trình cấp nguồn để bảo đảm hoạt động.
Hình 12.7: Nối ghép ADC 804 với nguồn đồng hồ riêng.
CS
D0 D7
Data out
Read it
End conversion Start conversion
WR
INTR
RD
8051 ADC804
P2.5
P2.6
P1.0
P1.7
P2.7
D0
D7
INTR
GND
A GND
V
ref
/2
CLK IN
CLK R
V
CC
Vin(+)
Vin(-)
150pF
5V
10k
10k
POT
RD
WR
CS
Ví dụ 12.7:
Hãy thử nối ghép ADC 804 với 8051 theo sơ đồ 12.7. Viết một chương trình
để hiển thị chân INTR và lấy đầu vào tương tự vào thanh ghi A. Sau đó gọi một
chương trình chuyển đổi mã Hex ra ASCII và một chương trình hiển thị dữ liệu.
Thực hiện điều này liên tục.
Lời giải:
; Đặt P2.6 = WR (bắt đầu chuyển đổi cần 1 xung thấp lên cao)
; Đặt chân P2.7 = 0 khi kết thúc chuyển đổi
; Đặt P2.5 = RD (xung cao - xuống - thấp sẽ đọc dữ liệu từ ADC)
; P1.0 P1.7 của ADC 804
MOV P1, # 0FFH ; Chọn P1 là cổng đầu vào
BACK: CLR P2.6 ; Đặt WR = 0
SETB P2.6 ; Đặt WR = 1 để bắt đầu chuyển đổi
HERE: JB P2.7, HERE ; Chờ cho P2.7 to để kết thúc chuyển đổi
CLR P2.5 ; Kết thúc chuyển đổi, cho phép đọc RD
MOV A, P1 ; Đọc dữ liệu vào thanh ghi A
ACALL CONVERSION ; Chuyển đổi số Hex ra mã ASCII
ACALL DATA-DISPLAY ; Hiển thị dữ liệu
SETB P2.5 ; Đưa RD = 1 để cho lần đọc sau.
SJMP BACK
Hình 12.8: Nối ghép ADC 804 với đồng hồ từ XTAL2 của 8051.
Trên hình 12.8 ta có thể thấy rằng tín hiệu đồng hồ đi vào ADC 804 là từ tần
số thạch anh của 8051. Vì tần số này quá cao nên ta sử dụng hai mạch lật Rlip - Flop
kiểu D (74LS74) để chia tần số này cho 4. Một mạch lật chia tần số cho 2 nếu ta nối
đầu Q tới đầu vào D. Đối với tần số cao hơn thì ta cần sử dụng nhiều mạch Flip -
Plop hơn.
12.2.4 Phối ghép với một cảm biến nhiệt của 8051.
8051 ADC804
P2.5
P2.6
P1.0
P1.7
P2.7
D0
D0
INTR
GND
A GND
V
ref
/2
CLK IN
CLK R
V
CC
Vin(+)
Vin(-)
5V
10k
POT
RD
WR
CS
D Q
Q
D Q
Q
74LS74
Các bộ biến đổi (Transducer) chuyển đổi các đại lượng vật lý ví dụ như nhiệt
độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc và tốc độ thành các tín hiệu điện phụ thuộc vào bộ
biến đổi mà đầu ra có thể là tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng.
Ví dụ, nhiệt độ được biến đổi thành về các tín hiệu điện sử dụng một bộ biến đổi gọi
là Rhermistor (bộ cảm biến nhiệt), một bộ cảm biến nhiệt đáp ứng sự thay đổi nhiệt
độ bằng cách thay đổi trở kháng nhưng đáp ứng của nó không tuyến tính (xem bảng
12.6).
Bảng 12.6: Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ.
Nhiệt độ (
0
C)
Trở kháng của cảm biến (kW)
0 29.490
25 10.000
50 3.893
75 1.700
100 0.817
Bảng 12.7: Hướng dẫn chọn loạt các cảm biến họ LM34.
Mã ký hiệu Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra
LM34A -55 F to + 300 C + 2.0 F 10mV/F
LM34 -55 F to + 300 C + 3.0 F 10mV/F
LM34CA -40 F to + 230 C + 2.0 F 10mV/F
LM34C -40 F to + 230 C + 3.0 F 10mV/F
LM34D -32 F to + 212 C + 4.0 F 10mV/F
Bảng 12.8: Hướng dẫn chọn loạt các cảm biến nhiệt họ LM35.
Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra
LM35A -55 C to + 150 C + 1.0 C 10 mV/F
LM35 -55 C to + 150 C + 1.5 C 10 mV/F
LM35CA -40 C to + 110 C + 1.0 C 10 mV/F
LM35C -40 C to + 110 C + 1.5 C 10 mV/F
LM35D 0 C to + 100 C + 2.0 C 10 mV/F
Tính chất gắn liện với việc viết phần mềm cho các thiết bị phi tuyến như vậy
đã đưa nhiều nhà sản xuất tung ra thị trường các loạt bộ cảm biến nhiệt tuyến tính.
Các bộ cảm biến nhiệt đơn giản và được sử dụng rộng rãi bao gồm các loạt họ LM34
và LM35 của hãng National Semiconductor Corp.
12.2.5 Các bộ cảm biến nhiệt họ LM34 và LM35.
Loạt các bộ cảm biến LM34 là các bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính
xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính vơí nhiệt độ Fahrenheit (xem hình
12.7). loạt LM34 không yêu cầu cân chỉnh bên ngoài vì vốn nó đã được cân chỉnh
rồi. Nó đưa ra điện áp 10mV cho sự thay đổi nhiệt độ 1
0
F. bảng 12.7 hướng dẫn ta
chọn các cảm biến loạt LM34.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét