thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính
LỜI NÓI ĐẦU
Việc ứng dụng máy tính vào kĩ thuật đo lường và điều khiển đã
đem lại cho con người những kết quả hết sức ưu việt . Trong nhiều lĩnh
vực sản suất công nghiệp hiện nay , nhất là trong các ngành công nghiệp
luyện kim , chế biến thực phẩm . . . vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc
biệt được chú trọng đến vì nó là một yếu tố chất lượng hết sức quan
trọng . Các thiết bị hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với máy
tính có độ chính xác cao , thời gian thu thập số liệu ngắn , như ng điều
đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hoá trong việc thu thập vi xử lý
kết quả đo .
Nắm được tầm quan trọng của việc khống chế nhiệt độ trên do
vậy em đã xin nhận đề tài tiến hành nghiên cứu đo và khống chế nhiệt
tự động bằng máy tính có sử dụng vi điều khiển 8051 với mục đích
nhằm góp phần giải quyết được những yêu cầu trên và lấy đó làm đề tài
tốt nghiệp cho chính mình .
Chính vì vậy sau khi nhận được đề tài “ Thiết kế đo và khống
chế nhiệt độ tự động bằng máy tính ” em đã vận dụng tất cả các kiến
thức và năng lực đã tính luỹ trong suốt gần năm năm học ở nhà trường
và nghiên cứu thêm về phần xử lý 8051 để hoàn thành được bản đồ án
này với mong muốn sau khi ra trường sẽ có một kiến thức sâu hơn và
góp phần vào sự phát triển của nước nhà .
Những kết quả và kiến thức em tích luỹ được hẳn chưa nhiều
nên trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp còn có nhiều sai sót và
rất thiếu kinh nghiệm do đó rất mong được sự góp ý và bổ sung của
các thầy các cô và các bạn đọc đề tài này.
1
thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quốc Trung đã tận
tình giúp đỡ em để hoàn thành tốt đề tài này . Mặc dù đã có nhiều cố
gắng song chắc không tránh khỏi những thiếu sót , do đó rất mong được

này có các thống số và các đặc trưng như sau.
- 4KB ROM .
- 128 byte RAM.
3
thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính
- 4 port xuất nhập ( 4 cổng vào/ra) 8bít .
- 2bộ định thời 16 bít .
- Mạch giao tiếp nối tiếp .
- Không gian nhớ chương trình ( mã) ngoài 64K .
- Bộ xử lý bít .
- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ , mỗi vị trí 1 bít .
- Nhân / chia trong 4µs .
8051 đã trở nên rất phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác
sản xuất và bán bất kì biến dạng nào của 8051 nhưng với điều kiện họ phải mã
chương trình tương thích với 8051 mặc dù do các hãng sản xuất khác nhau nên tốc
độ và dung lượng nhớ của ROM trên chíp là khác nhau nhưng tất cả các lệnh đó đều
tương thích với 8051 ban đầu.
Các thông số của 8051
Đặc tính Số lượng
ROM 4K byte
RAM 128 byte
Bộ định thời 2
Chân vào / ra 32
Cổng nối tiếp 1
Nguồn ngắt 6
3) Sơ đồ chức năng 8051 .
Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ 8051 nó bao gồm
các thành phần sau : Bộ vi sử lý , bộ nhớ và các thiết bị vào ra ngoài ra còn các
mạch phụ trợ khác tuỳ theo từng loại của bộ vi điều khiển 8051 .
4

Timer1
Vào
Bộ
đếm
P
0
P
1
P
2
P
3
TXD RXD
Địa chỉ dữ liệu
thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính
ROM ( Read only memory ) : Là bộ nhớ cố định có đặc điểm thông tin
chỉ có thể đọc thông tin ra và thông tin không bị mất khi mất điện. Bộ nhớ ROM
được dùng để chứa chương trình chính hoặc chứa chương trình điều hành hay
chương trình hướng dẫn.
RAM (.................) là bộ nhớ động có đặc điểm là thông tin có thể ghi
hoặc đọc ra một ra một cách tuỳ ý và thông tin đó sẽ bị mất đi khi mất điện.
RAM được sử dụng để nạp phần còn lại của hệ điều hành từ đĩa khởi động hoặc
nạp vào các chương trình ứng dụng từ bộ nhớ ngoài, lưu trữ số liệu và trạng thái
hệ thống trong quá trình làm việc.
+ Bộ nhớ ngoài gồm băng từ, đĩa từ... được sử dụng nhiều vì giá thành rất
rẻ và được dùng để lưu trữ thông tin và dữ liệu
• Cổng vào ra
+ Thực hiện trao đổi thông tin giữa CPU với các thiết bị ngoại vi như bàn
phím, chuột máy in...
+ Để tránh cho CPU mất nhiều thời gian cho các cổng vào/ ra thì trong

13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
25
AD0
AD1

P20
P21
P22
P23
P24
P25
P26
P27
P30
P31
P32
P33
P34
P35
P36
P37
8051
PSEN
ALE
EA
RST
RD
WR
T1
T0
INT0
INT1
TXD
RXD
Vcc

nhập hoặc làm các ngõ vào cho các mạch dịch thời thứ 3). Để chuyển cổng port
1 thành đầu vào cần lập trình bằng cách ghi 1 đến tất cả các bít của cổng.
c) Cổng port 2
Cổng Port 2 có 8 chân( từ chân 24 đến chân 28) có thể được sử dụng
làm đầu vào hoặc đầu ra. Cổng này có hai chức năng là chuyển địac hỉ và dữ
liệu, byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bít cho các thiết kế có bộ nhớ chương
trình ngoài .
d) Cổng Port 3
Cổng Port có 8 chân từ chân 10 đến chân 17. Cổng này có thể được sử
dụng làm đầu vào hoặc đầu ra. Khi không làm nhiệm vụ xuất nhập thì nó sẽ có
các chức năng riêng liên quan đến các đặc trung cụ thể của 8051 , tuy nhiên
cổng Port3 còn có một chấc năng quan trọng khác là cung cấp một số tín hiệu
đặc biệt chẳng hạn như ngắt.
8
thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính
Bảng chức năng của cổng Port3
Bít Tên Địa chỉ bít Chức năng
P3.0 RXD B0H Chân nhận dữ liệu của Port nối tiếp
P3.1 TXD B1H Chân phát dữ liệu của Port nối tiếp
P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0
P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1
P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời / đếm 0
P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời / đếm 1
P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
4) Nhóm chân nguồn dao động và điều khiển
a) Nhóm chân nguồn
+ Chân Vcc: Chân 40 cung cấp điện áp nguồn +5V cho chíp
+ Chân GND: Chân số 20 là cung cấp nguồn âm (là chân mát)
b) Nhóm chân dao động

Là chân có mức tích cực cao và là chân xuất tín hiệu cho phép xuất địa
chỉ ALE . Khi pỏt được chọn làm bus địa chỉ / dữ liệu thi chân ALE xuất tín
hiệu để chốt địa chỉ và sau khi chốt các chân của port sẽ xuất / nhập dữ liệu hợp
lệ trong suốt 1/2 thứ 2 của chu kì bộ nhớ .
Chân ALE còn được sử dụng để phân kênh địa chỉ và dữ liệu bằng
cách nối tới chân G của chíp 74LS373 .
Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động , chân ALE
còn dùng làm chân nhận xung ngõ vào lập trình cho EDROM .
10
thiết kế hệ thống đo và khống chế nhiệt độ bằng máy vi tính
5) Cấu trúc của port xuất nhập .
sơ đồ mạch bên trong của các port xuất / nhập .

Write
to latch
Port
latch
D
8051 internal bus
Port
Pin
Vcc
Read
Pin
internal
Pull-up
Read
latch
Q
+V

÷ P
7
)
đa hợp . Ngõ ra ALE chốt byte thấp của địa chỉ ở thời điểm bắt đầu mỗi một chu
kỳ bộ nhớ ngoài . Còn port 2 thường được dùng làm byte cao của bus địa chỉ .
Sự xắp xếp đa hợp có hoạt động là 1/2 chu kỳ đầu của chu kỳ bộ nhớ ,
byte thấp của địa chỉ được cung cấp bởi port 0 và được chốt nhờ tín hiệu ALE .
Mạch chốt 74HC374 giữ cho byte của địa chỉ ổn định trong cả chu kỳ bộ nhớ .
Trong 1/2 chu ky sau của chu kỳ bộ nhớ port 0 được sử dụng làm bus dữ liệu và
khi đó dữ liệu được đọc hay ghi .
7) Truy suất bộ nhớ dữ liệu ngoài .
Sơ dồ cấu trúc sự truy suất của 8051 vói bộ nhớ dữ liệu ngoài
12
Port0
8051

EA
ALE

Port2 PSEN
D
0
÷ D
7

Các mạch phần cứng bên ngoài truy xuất Port nối tiếp thông qua các
chân TxD (Phát dữ liệu) và RxD ( thu dữ liệu) các chân này đa hợp với hai chân
13
Port0
8051

AE
ALE
P
2.0
P
2.1
RD
WR
PSEN
D
0
÷ D
7
RAM
(1kbyte)
A
0
÷ A
7
A
8

0
II / Mô hình và nguyên tắc hoại động của hệ thống .
a) Mô hình .

14
Bộ cảm
biến
nhiệt
Nhiệt
độ
Phần tử chấp
hành
K đại
chuyển
đổi
ADC
8051
Máy
tính