Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
Bé C«ng Th¬ng
Trêng: §¹i Häc C«ng NghiÖp Hµ Néi
Khoa : §iÖn Tö
§å ¸n m«n häc:
ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH
Đề tài: THIẾT KẾ VOLTMET ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG CỔNG NỐI TIẾP
GVHD: Vò ThÞ Thu H¬ng SVTH: Vũ Văn Dũng
Ngô Văn Hà
Phạm Huy Hải
Lớp: Điện tử 4K5
Hà Nôi 2014

1
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
Phụ lục
Lời nói đầu
Chương I: Tổng quan về giao tiếp cổng nối tiếp
1. Cấu trúc cổng nối tiếp
2. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp RS232
3. Sơ đồ ghép nối RS232
4. Phần mềm giao tiếp
Chương II: Giới thiệu chương trình điều khiển Visual Basic
1. Tổng quan về Visual Basic
2. Các thao tác cơ bản khi xây dựng ứng dụng
Chương III: Cấu trúc Vi Điều Khiển 8051
1. Giới thiệu tổng quan về họ 8051 (AT 89S52)
2. Sơ đồ khố và chức năng
3. Giới thiệu ADC0804
4. Giới thiệu Max232
Chương IV: Các chương trình thiết kế mô phỏng Voltmet điện tử

Mặc dù chúng em rất cố gắng để hoàn thành đồ án này đúng thời hạn ,nhng không
thể trỏnh khỏi những thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm .Chúng em mong đợc sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn .Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm
ơn quí thầy cô cùng các bạn sinh viên.
Chng I: TNG QUAN V GIAO TIP CNG NI
TIP
3
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
1. Cấu trúc cổng nối tiếp
Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có
các ưu điểm sau:
- Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song.
- Số dây kết nối ít.
- Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại.
- Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device).
- Cho phép nối mạng.
- Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc.
- Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản
Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE
(Data Communication Equipment). DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn
DTE là
các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc
trao đổi
tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền). Các tín hiệu còn lại có
chứcnăng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu
bắt tay
(handshake). Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát
đường
truyền.
Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations).

Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
Truyền thông giữa hai nút
Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp:

Hình 4.3 – Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp
Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát và
thu giống nhau. Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo
ngắt.
Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa hai DTE, ta còn dùng sơ đồ sau:
7
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5

Hình 4.4 – Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay
Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực � tác động lên DSR của DTE2
cho biết sẵn sàng nhận dữ liệu và cho biết đã nhận được sóng mang của MODEM
(ảo). Sau
đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1 có
thể
nhận dữ liệu. Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khác nhau
nên phải
thực hiện điều khiển lưu lượng. Quá trinh điều khiển này có thể thực hiện bằng phần
mềm
hay phần cứng. Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiện bằng hai ký tự Xon và
Xoff.
Ký tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (có thể nhận dữ liệu). Nếu DCE bận thì sẽ gởi
ký tự
Xoff. Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS. Nếu DTE
muốn
truyền dữ liệu thì sẽ gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năng nhận dữ liệu
(đang

3) Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232
+ Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +-12V. Hiện nay
đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ôm
+ Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến
12V
9
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
+ Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ( ngày nay có thể lớn hơn)
+ Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF
+ Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm
+ Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp
RS232 không vượt qua 15m nếu chúng ta không sử model
+ Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn :
50,75,110,750,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,38400 56600,115200
bps
4) Các mức điện áp đường truyền
RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu
điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang
vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vấn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả
các mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng
tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát.
Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như
sau:
+ Mức logic 0 : +3V , +12V
+ Mức logic 1 : -12V, -3V
Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ
- 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic
từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong
một thơì gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các
thiết bị tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào

6) Quá trình dữ liệu
a) Quá trình truyền dữ liệu
Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do vậy nên
tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự). Bộ truyền gửi một bit bắt đầu
(bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit
tiếp the . Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0 Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data)
được gửi dưới dạng mã ASCII( có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu) Sau đó là một Parity
bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng - bit stop có thể là 1,
1,5 hay 2 bit dừng.
b) Tốc độ Baud
Đây là một tham số đặc trưng của RS232. Tham số này chính là đặc trưng cho quá
trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn gọi
11
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
là tốc độ bit. Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây
hay số bit truyền được trong thời gian 1 giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên
phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau ( Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính
phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit)
Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud. Tốc độ Baud
liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được
truyền còn tôc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền.Vì một phần
tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là phải đồng
nhất
Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600,
19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ là
19200
Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển
mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit. Do vậy, nếu tốc độ bit càng cao
thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều
này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền.

Giao tiếp chuẩn giữa RS232 và vi điều khiển phải thông qua phần mền giao
diện để nhận biết được dữ liệu truyền lên và nhận xuống như thế nào. Hiện tại
có rất nhiều cách lập trình giao tiếp cho RS232 với vi xử lý nhưng mà hay dùng
nhất là bộ công cụ Visual C++. Bộ công cụ này lập trình giúp lập trình giao
diện thông qua cổng RS232.Ngoài bộ công cụ này còn có bộ công cụ của
Delphi cũng được dùng khá nhiều.
Trong trường hợp người dùng mà không biết lập trình giao diện thì có thể sử
dụng công cụ trực tiếp của windown. Đó là Hyper Terminal. Công cụ này cho
ta giao diện khá đơn giản chỉ truyền nhận dữ liệu thông qua cổng RS232. Đối
với Win XP thì các bạn có thể vào đây để lấy nó ra : Start/All
Program/Accessories/communations/Hyper Terminal/. Thiết lập thông số quan
trọng là ok.
Bộ công cụ Hyper Terminal có giao diện khá cổ điện nên người dùng khó kiểm
soát được dữ liệu truyền lên nhận xuống như thế nào. Do vậy trên mạng bây
giờ có bộ công cụ lập trình sẵn cho giao tiếp cổng com. Đó là phần mền
Terminal ( download tại hội quán). Phần mền này có giao diện khá hơn Hyper
Terminal nhưng nó chỉ có box nhận dữ liệu và truyền dữ liệu.
13
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
Chương II: Giới thiệu chương trình điều khiển
bằng Visual Basic
1. Tổng quan về Visual Basic:
Visual Basic (Visual Basic) là sản phẩm của Microsoft, một thành phần
phần của
bộ Visual Studio.
Chức năng: Là một ngôn ngữ lập trình dùng để xây dựng các ứng dụng
chạy trên
môi trường Windows.
Đặc điểm: Trực quan, cung cấp các công cụ thuận lợi cho việc tạo các giao
diện.

trong
mục trên.
2. Lưu một ứng dụng: chọn biểu tượng Save Project, đặt tên cho các tập
tin .FRM,
.VBP. Chú ý rằng phục vụ cho cùng một ứng dụng có nhiều tập tin.
3. Tạo một đối tượng (ô điều khiển): chọn loại đối tượng trong Toolbox rồi vẽ
lên
form.
4. Quy định thuộc tính cho đối tượng: chọn đối tượng, chọn thuộc tính, xác
lập giá
trị cho thuộc tính trong Properties Window.
5. Viết mã lệnh: nhắp đúp lên đối tượng hoặc View/Code rồi viết mã lệnh
tương
ứng. Trên cửa sổ Code có thể chọn đối tượng và sự kiện của đối tượng trên
các
combobox.
6. Chạy chương trình: F5 hoặc chọn Run/start hoặc chọn nút start trên thanh
công
cụ.
7. Thoát khỏi VB: như các ứng dụng khác trên windows
III. Các khái niệm cơ bản.
1. Đối tượng và các khái niệm liên quan.
Hoạt động của một chương trình VB hầu như đều liên quan đến một số các
đối
tượng nào đó. Các đối tượng này có thể là Form, có thể là các ô điều khiển
như
Label, Textbox, Command Button,…Một đối tượng có thể có các thành phần
sau:
+ Thuộc tính (property): quy định những tính chất của đối tượng như kích
thước,

+ Trên một đối tượng có thể có nhiều sự kiện khác nhau.
IV. Các đối tượng cơ bản.
1. Form
Là đối tượng chứa một số đối tượng khác của một ứng dụng. Khi chạy nó là
màn
hình giao diện của ứng dụng.
Một số sự kiện của form:
- Initialize: được hệ thống kích hoạt đầu tiên nên có thể dùng để thiết lập các
thuộc tính ban đầu cho form.
- Load: xảy ra sau sự kiện trên có thể thiết lập các thuộc tính ban đầu cho các
đối
tượng của form.
- Click: xảy ra khi nguời dùng nhắp chuột trên form.
Một số phương thức của form:
- Show: hiển thị form lên màn hình, sau khi show được gọi các phương thức
của
các ô điều khiển khác trên form mới thực hiện được.
- Hide: che giấu một form nhưng không giải phóng bộ nhớ.
- Load: nạp form vào bộ nhớ nhưng chưa xuất hiện trên màn hình.
- Unload: ngược lại của Load
Có thể dùng tên ngầm định “Me” thay cho tên Form đang xử lý.
2. Label.
Đối tượng dùng để hiển thị thông tin như lời chú giải, lời nhắc (1) cũng có thể
17
Đo lường điều khiển bằng máy tính Lớp Điện tử 4 - K5
được dùng để xuất kết quả (2). Thuộc tính thường dùng là Caption. Những
Label
(1) thường xác lập thuộc tính trong cửa sổ properties. Các label (2) dùng lệnh
dạng
<Tên label>.Caption = “Nội dung”

chíp.
Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối chức năng chính sau đây:
CPU (Central Processing Unit) bao gồm:
- Thanh ghi tích luỹ A
- Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
- Đơn vị logic học( ALU: Arithmetic Logical Unit)
- Từ trạng thái chơng trình( PSW: Progam Status Word)
- Bốn băng thanh ghi
- Con trỏ ngăn xếp
Bộ nhớ chơng trình( Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash.
Bộ nhớ dữ liệu( Bôn nhớ RAM) gồm 256 bytes.
Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Tranmitter) làm chức năng
truyền nhận nối tiếp, nhờ khối này, AT89S52 có thể giao tiếp với máy tính qua cổng
COM.
3 bộ Timer /Counter 16 bít thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện.
WDM( Watch Dog Timer) đợc dùng để phục hồi lại hoạt động của CPU khi nó bị treo
bởi một nguyên nhân nào đó. WDM ở AT89S52 gồm một bộ Timer 14 bít, một bộ
Timer 7 bít, thanh ghi WDTPRG( WDT programable) điều khiển Timer 7 bit và một
thanh ghi chớc năng WDTRST( WDM register). Bình thờng WDT không hoạt
động( bị cấm), để cho phép WDT, các giá trị 1EH và E1H cần phải đợc ghi liên tiếp
vào thanh ghi WDTRST. Timer 14 bit của WDT sẽ đếm tăng dần sau mỗi chu kỳ đồng
hồ cho đến giá trị 16383 thì xảy ra tràn. Khi xảy ra tràn, chân RTS sẽ đợc đặt ở mức
cao trong thời gian 96.Tosc (Tossc=1/Fosc) và AT89S52 sẽ đợc reset. Khi WDT hoạt
động, ngoại trừ reset phần cứng và reset do WDT tràn thì không có cách nào cấm đợc
WDT, vì vậy khi sử dụng WDT thì các đoạn mã chơng trình phải đợc đặt trong các khe
thời gian từ khi giữa các lần WDT đợc khởi tạo lại.
2. S kh v chc nng
19
o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5
1.Port 0(P0.0-P0.7 hay từ chân 32 đến chân 39): Gồm 8 chân, ngoài chức năng

P3.6 WR
Xung ghi b nh d liu ngoài
P3.7 RD
Xung c b nh d liu ngoài
21
o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5

5. RST( Reset- chân 9):
Mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải đa mức 1(5V) đến
chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy ( tơng đơng 2uS đối với thạch anh
12MHz ).
6.XTAL1, XTAL2:
AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thờng đợc nồi với một bộ dao
động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thông thờng là 12MHz.
7. EA( External Access):
EA thờng đợc mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp( GND). Nếu ở mức
cao ,bộ vi điều khiển thi hành chơng trình từ ROM nội . Nếu ở mức thấp, chơng trinh
chỉ đợc thi hành từ bộ nhớ mở rộng.
8.ALE( Address Latch Enable):
ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa
đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó các đờng port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong
nửa chu kỳ sau của bộ nhớ.
9.PSEN( Program Store Enable):
PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ chơng trình mở rộng và trờng đ-
ợc nối đến chân /OE ( Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã
lệnh.
PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh. Các mã nhị phân của chơng
trình đợc đọc từ EPROM qua Bus và đợc chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển
để giải mã lệnh. Khi thi hành chơng trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ
động( mức cao)

RD
(cho phép vi điều khiển đọc): Đây là một tín hiệu đầu vào đợc tích cực
mức thấp. Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tơng tự thành số nhị phân tơng đơng
với nó và giữ nó trong một thanh ghi trong.
RD
đợc sử dụng để nhận dữ liệu đợc
chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu một xung cao - xuống - thấp
đợc áp đến chân
RD
thì đầu ra số 8 bít đợc hiển diện ở các chân dữ liệu DB0 -
DB7. Chân
RD
cũng đợc coi nh 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 đợc dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển
đổi. Nếu CS = 0 khi
WR
tạo ra xung thấp - lên - cao thì bộ ADC0804 bắt đầu
chuyển đổi giá trị đầu vào tơng tự V
in
về số nhị phân 8 bít. Lợng thời gian cần
thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đa đến chân CLK IN và CLK
R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu đợc hoàn tất thì chân INTR đợc ép xuống thấp
bởi ADC 0804.
4. Chân CLK IN và CLK R.
23
o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5
Chân CLK IN là một chân đầu vào đợc nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi

in
(-). Thông thờng V
in
(-)
đợc nối xuống đất và V
in
(+) đợc dùng nh đầu vào tơng tự đợc chuyển đổi về dạng số.
7. Chân V
CC
.
Đây là chân nguồn nuối +5v, nó cũng đợc dùng nh 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 đợc dùng cho điện áp tham chiếu. Nếu chân này
hở (không đợc nối) thì điện áp đầu vào tơng tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 đến +5v
(giống nh chân V
CC
). Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tơng tự áp đến V
in
cần
phải khác ngoài dải 0 đến 5v. Chân V
ref/2
đợcdùng để thực thi các điện áp đầu vào khác
ngoài dải 0 - 5v. Ví dụ, nếu dải đầu vào tơng tự cần phải là 0 đến 4v thì V
ref/2
đợc nối

9. Các chân dữ liệu DB0 - DB7.
Các chân dữ liệu DB0 - DB7 (DB7 là bít cao nhất MSB và DB0 là bít thấp nhất
LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân đợc đệm ba trạng thái và dữ
liệu đợc chuyển đổi chỉ đợc truy cập khi chân CS = 0 và chân
RD
bị đa xuống thấp. Để
tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:
24
o lng iu khin bng mỏy tớnh Lp in t 4 - K5
buocthuockich
V
D
in
out
=
Với D
out
là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). V
in
là điện áp đầu vào tơng tự và
độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất đợc tính nh là (2 ì V
ref
/2) chia cho 255 đối với
ADC 8 bít.
10.Chân đất t ơng tự và chân đất số.
Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tơng tự. Đất t-
ơng tự đợc nối tới đất của chân V
in
tơng tự, còn đất số đợc nối tới đất của chân V
cc

25
CS
D0
D7
Data out
Read it
End
conversion
Start
conversion
WR
INTR
RD