Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lí: Nghiên cứu lắp ráp máy đo tần số âm tần hiển thị số

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

201
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo những nội dung về tổng quan PIC; một số linh kiện liên quan – nguyên tắc hoạt động mạch 555 và mạch đo tần số; mô phỏng – thiết kế sơ đồ nguyên lý và mạch in; kết quả thông qua khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lí: Nghiên cứu lắp ráp máy đo tần số âm tần hiển thị số.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lí: Nghiên cứu lắp ráp máy đo tần số âm tần hiển thị số

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VƯƠNG PHÚ TÀI NGHIÊN CỨU LẮP RÁP MÁY ĐO TẦN SỐ ÂM TẦN HIỂN THỊ SỐ Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số : 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: ThS. Phan Thanh Vân Thành phố Hồ Chí Minh – năm 2013
2 LỜI CẢM ƠN Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp đại học đối với tôi rất đặc biệt. Trong suốt khoảng thời gian này, tôi đã học được nhiều điều mới rất bổ ích cho niềm đam mê nghiên cứu khoa học của tôi. Muốn thực hiện và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp, tôi nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, thầy cô, bạn bè. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến − Gia đình vì đã sinh ra, nuôi nấng và động viên tôi kịp thời. − Thầy Phan Thanh Vân đã có những hướng dẫn tận tình, sâu sát, đôn đốc trong quá trình hoàn thành luận văn. − Thầy Cao Anh Tuấn và thầy Trần Đặng Bảo Ân đã tạo điều kiện sử dụng phòng thí nghiệm hiệu quả để hoàn thành tốt luận văn. − Các thầy cô trong trong hội đồng phản biện đã giúp tôi hoàn thiện, điều chỉnh luận văn một cách tốt nhất có thể. − Các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện thực hiện cho tôi được thực hiện luận văn. − Các bạn bè đã động viên, hỗ trợ về mặt tinh thần cũng như chuyên môn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc sức khỏe tới quý thầy cô trong khoa Vật Lý và mong khoa ngày càng phát triển hơn nữa.
3 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................2 MỤC LỤC .......................................................................................................................3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .........................................................................................6 DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................8 MỞ ĐẦU .........................................................................................................................9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIC ...........................................................................11 1.1 Các hệ thống số ...................................................................................................11 1.2 Mã và mã ASCII ..................................................................................................13 1.2.1 Khái niệm về mã ...........................................................................................13 1.2.2 Mã ký tự ASCII ............................................................................................13 1.3 Sơ lược về PIC .....................................................................................................13 1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển..............................................................................13 1.3.2 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC ..............................................14 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LINH KIỆN LIÊN QUAN – NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG MẠCH 555 VÀ MẠCH ĐO TẦN SỐ ..........................................................................17 2.1 IC 78XX ..............................................................................................................17 2.2 Thạch anh ............................................................................................................19 2.3 LCD .....................................................................................................................19 2.3.1 Phân loại .......................................................................................................19 2.3.2 Ý nghĩa các chân ..........................................................................................20 2.3.3 Thanh ghi và tổ chức bộ nhớ ........................................................................21 2.3.4 Tập lệnh của LCD ........................................................................................23 2.3.5 Giao tiếp và nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD .........................................25 2.4 Vi điều khiển 16F887 ..........................................................................................27 2.4.1 Sơ đồ và tên các khối của 16F887 ................................................................27 2.4.2 Sơ đồ và chức năng của các chân .................................................................29 2.4.3 Tổ chức bộ nhớ ............................................................................................31 2.4.4 Các bộ định thời ...........................................................................................34 2.5 OPAMP ...............................................................................................................35 2.5.1 Định nghĩa ....................................................................................................35 2.5.2 Khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ khóa.............................................37
4 2.6 PC 900V ..............................................................................................................37 2.7 Flip – Flop ...........................................................................................................39 2.8 IC 555 ..................................................................................................................40 2.8.1 Sơ đồ và chức năng các chân của IC 555 .....................................................40 2.8.2 Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động của IC555 ...........................................41 2.9 Sơ đồ mạch tạo xung vuông dùng 555 và nguyên tắc hoạt động ........................42 2.10 Nguyên tắc hoạt động mạch đo tần số ...............................................................43 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG – THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ MẠCH IN .......45 3.1 Mô phỏng bằng Proteus .......................................................................................45 3.2 Mạch tạo xung dùng 555 .....................................................................................48 3.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý ..............................................................................48 3.2.2 Thiết kế mạch in ...........................................................................................60 3.3 Mạch đo tần số.....................................................................................................68 3.4 Thi công mạch in bằng phương pháp ủi thủ công. ..............................................70 3.4.1 In mạch .........................................................................................................70 3.4.2 Cắt board ......................................................................................................70 3.4.3 Ủi mạch ........................................................................................................70 3.4.4 Ngâm ............................................................................................................71 3.4.5 Khoan ...........................................................................................................71 3.4.6 Hàn linh kiện ................................................................................................71 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ...............................................................................................72 4.1 Mạch đo tần số.....................................................................................................72 4.1.1 Thực hành trên Testboard .............................................................................72 4.1.2 Mạch sau khi gia công và hàn linh kiện .......................................................72 4.1.3 Máy đo tần số hoàn chỉnh.............................................................................73 4.2 Mạch tạo xung dùng IC 555 ................................................................................73 4.2.1 Thực hành trên Testboard và quan sát tín hiệu qua dao động ký điện tử .....73 4.2.2 Mạch tạo xung hoàn chỉnh ...........................................................................74 4.3 Đo tần số từ mạch phát xung 555 sử dụng máy đo tần số ...................................74 4.3.1 Thực hành trên Testboard .............................................................................74 4.3.2 Kết quả thực nghiệm ....................................................................................75 4.4 Đo tần số từ máy phát xung chuẩn ......................................................................75
5 4.5 Kết luận và hướng phát triển ...............................................................................78 4.5.1 Kết luận ........................................................................................................78 4.5.2 Hướng phát triển ...........................................................................................78 PHỤ LỤC ......................................................................................................................79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................81
6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Diễn giải Trang 2.1 Thứ tự chân của họ IC 78XX. 16 2.2 Sơ đồ mạch IC 78XX. 16 2.3 Hình dạng thạch anh sau khi gia công dùng trong các mạch điện tử. 17 2.4 Text LCD. 18 2.5 Thứ tự các ô nhớ trên DDRAM. 20 2.6 Cách mắc LCD theo kiểu giao tiếp 4 bit. 24 2.7 Sơ đồ khối giao tiếp với LCD. 24 2.8 Sơ đồ khối của PIC 16F887. 26 2.9 Sơ đồ chân PIC 16F887. 27 2.10 Bộ nhớ chương trình và các ngăn xếp. 29 2.11 Bộ nhớ dữ liệu. 30 2.12 Thứ tự các bit trên thanh ghi STATUS. 31 2.13 Thứ tự các bit trên thanh ghi OPTION_REG. 31 2.14 Thứ tự các bit trên thanh ghi INTCON. 31 2.15 Thứ tự các bit trên thanh ghi PIE1. 32 2.16 Thứ tự các bit trên thanh ghi PIR1. 32 2.17 Thứ tự các bit trên thanh ghi PIE2. 32 2.18 Thứ tự các bit trên thanh ghi PIR2. 32 2.19 Thứ tự các bit trên thanh ghi PCON. 32 2.20 Sơ đồ chân của OPAMP. 34 2.21 Đường đặc tính OPAMP làm việc ở chế độ khóa. 35 2.22 Sơ đồ chân của PC900V. 36 2.23 Sơ đồ cấu trúc bên trong của PC900V. 36 2.24 Sơ đồ chân Flip – Flop loại S – R. 37 2.25 Sơ đồ chân của IC555. 38 2.26 Sơ đồ khối IC555. 39 2.27 Sơ đồ mạch tạo xung sử dụng IC555. 40 2.28 Sơ đồ máy đo âm tần. 41 2.29 Sơ đồ khối mạch đo tần số. 42 3.1 Giao diện chính của ISIS. 43 3.2 Khung Pick Devices. 44 3.3 Linh kiện sau khi sắp xếp xong. 45 3.4 Nối dây cho linh kiện. 45 3.5 Mô phỏng mạch đo tần số đang hoạt động. 46 3.6 Mô phỏng mạch tạo xung dùng IC555. 46 3.7 Giao diện Orcad Capture CIS. 47 3.8 Tạo trang thiết kế mới. 47 3.9 Hộp thoại New Project. 48 3.10 Cửa sổ Select Directory. 48 3.11 Chọn thư mục lưu. 49 3.12 Hộp thoại New Project sau khi chọn xong thư mục. 49 3.13 Màn hình chính Capture CIS. 50
7 3.14 Hộp thoại Design Templates. 50 3.15 Hộp thoại Browse File. 51 3.16 Hộp thoại Place Part. 51 3.17 Vị trí các linh kiện sau khi sắp xếp xong. 52 3.18 Giao diện Orcad Layout Plus. 52 3.19 Giao diện Library Manager. 53 3.20 Khung Libraries sau khi thêm thư viện layout. 53 3.21 Chọn Footprint cho điện trở. 54 3.22 Dán Footprint cho linh kiện. 54 3.23 Đi dây cho linh kiện. 55 3.24 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung dùng IC 555. 55 3.25 Giao diện Project Manager. 56 3.26 Hộp thoại Design Rules Check. 56 3.27 Hộp thoại Create Netlist. 57 3.28 Thông báo đường dẫn lưu file thiết kế. 57 3.29 Vị trí hai file .drc và .mnl. 58 3.30 Hộp thoại Auto ECO. 58 3.31 Hộp thoại Input Layout MAX File. 59 3.32 Chọn file .MNL đã tạo ở sơ đồ nguyên lý. 59 3.33 Hộp thoại Auto ECO hoàn chỉnh. 60 3.34 Thông báo thông số các linh kiện đã chọn. 60 3.35 Thông báo đã hoàn thành việc xử lý. 61 3.36 Giao diện Orcad Layout sau khi tạo file .max. 61 3.37 Sau khi sắp xếp xong linh kiện. 62 3.38 Khung Layers. 62 3.39 Khung Edit Layer. 63 3.40 Khung Layer sau khi chọn xong lớp vẽ mạch in. 63 3.41 Hộp thoại Nets. 64 3.42 Hộp thoại Edit Net. 64 3.43 Hộp thoại Nets sau khi điều chỉnh các thông số. 65 3.44 Hộp thoại Edit Obstacle. 65 3.45 Thông báo đã chạy dây xong. 66 3.46 Mạch in mạch tạo xung dùng IC555 hoàn chỉnh. 66 3.47 Sơ đồ nguyên lý mạch đo tần số. 67 3.48 Mạch in của mạch đo tần số. 67 4.1 Kết quả thực hành trên Testboard. 70 4.2 Mạch đo tần số sau khi thi công, hàn linh kiện. 70 4.3 Máy đo tần số hoàn chỉnh. 71 4.4 Thực hành trên Testboard. 71 4.5 Quan sát tín hiệu mạch tạo xung tạo ra qua dao động ký. 72 4.6 Mạch tạo xung sau khi thi công, hàn linh kiện. 72 4.7 Thực hành trên Testboard. 72 4.8 Kết quả thực nghiệm. 73 4.9 Đo tần số từ máy phát xung chuẩn. 73 4.10 Đồ thị so sánh tần số đo được của máy đo âm tần và máy phát xung 76 chuẩn.
8 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Diễn giải Trang 1.1 Một vài hệ thống số. 10 2.1 Giá trị điện áp ra của một số họ IC 78XX và 79XX. 15 2.2 Thứ tự và chức năng các chân của Text LCD. 19 2.3 Tập lệnh của LCD. 21 2.4 Các bit viết tắt và mô tả. 23 4.1 Tần số từ 0 đến 5.000 Hz. 74 4.2 Tần số từ 5.000 đến 10.000 Hz. 74 4.3 Tần số từ 10.000 đến 15.000 Hz. 75 4.4 Tần số từ 15.000 đến 20.000 Hz. 75
9 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hàng ngày, khi ta thức dậy thì lại có thêm rất nhiều thông tin về công nghệ mới được cập nhật. Đa số trong các công nghệ này liên quan đến lĩnh vực điện – điện tử như máy tính bảng, điện thoại thông minh,.... Điều này chứng tỏ sự phát triển nhanh và mạnh của lĩnh vực điện tử là không có giới hạn. Do đó, việc học tập và nghiên cứu các vấn đề liên quan đến điện – điện tử là việc làm hết sức đúng đắn và cần thiết trong thời đại số hiện nay. Đối với sinh viên khoa Vật Lý – Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã được làm quen với các kiến thức căn bản về linh kiện điện tử, xung, các mạch phát xung thì việc tiếp cận càng phải được quan tâm với mức độ cần thiết. Đặc trưng của xung là tần số và chúng ta đã có một vài phương pháp như đo trực tiếp bằng dao động ký điện tử, phương pháp Lissajous. Tuy nhiên, các phương pháp đo trên còn khá phức tạp về thao tác, tính toán. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải có một máy đo tần số để có thể xác định và kiểm chứng được tần số âm tần của máy phát xung bất kỳ một cách đơn giản, phổ thông. Xuất phát từ yêu cầu đó, tôi quyết định sử dụng vi điều khiển để thiết kế và lắp ráp máy đo âm tần hiển thị số. 2. Mục đích đề tài Lắp ráp được máy đo âm tần và so sánh kết quả của máy đo với tần số do máy phát xung chuẩn phát ra. Qua đó, phục vụ cho công tác giảng dạy phần đo tần số của máy phát xung. 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu những kiến thức về điện – điện tử, các linh kiện điện tử. - Nghiên cứu về vi điều khiển về cấu trúc phần cứng, cách lập trình; và LCD về cấu trúc, cách giao tiếp. - Thiết kế, chế tạo, giới thiệu nguyên lý hoạt động của máy phát xung dùng IC 555 và máy đo âm tần. - So sánh tần số của máy đo âm tần với tần số của máy phát xung chuẩn và rút ra kết luận.
10 4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Kiến thức cơ bản về điện – điện tử, vi điều khiển. - Thiết kế và chế tạo mạch điện tử. - Lý thuyết đo tần số của máy phát. Phạm vi nghiên cứu - Máy phát xung dùng IC 555. - Máy đo âm tần hiển thị số trên LCD sử dụng vi điều khiển PIC 16F887. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu kiến thức căn bản về điện – điện tử. Xác định và tìm hiểu các linh kiện phục vụ cho đề tài về cấu tạo, nguyên lý hoạt động. Thiết kế mạch in, chế tạo mạch điện tử. Ứng dụng thiết bị vừa chế tạo để đo đạc lấy số liệu thực nghiệm. Rút ra kết luận. 6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Đọc, nghiên cứu kỹ các cơ sở lý thuyết về mạch điện, quá trình thiết kế mạch điện, vi điều khiển, cách đo tần số. Phương pháp chuyên gia: tiến hành lấy ý kiến, ghi chép chu đáo của giảng viên, các bạn để xây dựng sơ đồ nguyên lý và mạch in chính xác, phù hợp. Phương pháp thực nghiệm khoa học: Kiểm tra cấu tạo và hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng Protues, Test board. Sửa chữa các sai sót, tối ưu hóa mạch điện để vẽ và thiết kế mạch in.
11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIC Chương này sẽ trình bày những kiến thức cơ bản, phổ thông nhất về PIC và vi điều khiển 16F887. PIC nói chung hay vi điều khiển nói riêng và thậm chí LCD được đề cập ở chương sau đều là các linh kiện số nên muốn làm việc với nó thì ta phải nắm được ngôn ngữ của chúng. Do đó, đầu tiên chương này sẽ điểm qua một số hệ thống số, cách chuyển đổi giữa chúng. Tiếp theo, tôi sẽ trình bày về PIC và cụ thể hóa bằng vi điều khiển 16F887. 1.1 Các hệ thống số − Hệ thống số là tập hợp các ký tự và mối quan hệ giữa các ký tự đó để biểu diễn các số. − Trong cuộc sống hàng ngày, ta đã quen với việc sử dụng hệ thống số thập phân. Tuy nhiên, trong các thiết bị số nói chung, thường sử dụng hệ nhị phân (binary), hệ bát phân (octan), hệ thập lục phân (hexadecimal). Các hệ thống số khác nhau được phân biệt bằng cơ số của hệ. Cơ số của một hệ thống số là số ký tự phân biệt để biểu diễn số trong hệ đó. Ví dụ trong hệ thập phân có 10 ký tự phân biệt 0, 1, 2, 3, …, 9; còn trong hệ nhị phân chỉ có hai ký tự phân biệt là 0 và 1 [6]. − Người ta có thể biểu diễn bất kỳ một số S nào trong hệ thống cơ số A theo đa thức khai triển sau đây: (S) A = C n An + C n – 1 An –1 + … + C 0 A0 + C –1 A–1 + … + C –m A– m (I.1) Hay n (S) A = ∑ C A (I.2) i= − m i i Trong đó 0 < C i < A – 1. Ví dụ: (1111) 2 = 1 x 23 + 1 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20. − Các hệ thống số đếm được phân làm hai loại là loại có trọng số (như hệ thập phân, hệ nhị phân v.v..) và loại không có trọng số (như hệ nhị phân quá 3, hệ nhị phân Gray,…).
12 − Trọng số của một hệ đếm đặc trưng cho vị trí của ký tự đó nằm trong dãy ký tự biểu diễn cho một con số trong hệ đó. Trong hệ thức (I.1) và (I.2) các hệ số A i chính là các trọng số, với i là vị trí của ký tự C i trong dãy số. Bảng 1.1: Một vài hệ thống số. Thập phân Nhị phân Bát phân Thập lục phân 0 0000 00 0 1 0001 01 1 2 0010 02 2 3 0011 03 3 4 0100 04 4 5 0101 05 5 6 0110 06 6 7 0111 07 7 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F  Để chuyển đổi một số trong hệ thập phân sang hệ thống số khác (cơ số A) phải thực hiện các bước sau: − Lấy phần nguyên chia cho cơ số A, ghi lại số dư. Đem kết quả của phép chia (thương số) tiếp tục chia cho cơ số A. Cứ thực hiện như vậy cho đến khi kết quả phép chia nhỏ hơn cơ số A. Phần nguyên trong hệ cơ số A sẽ là tập hợp các số dư của phép chia , trong đó số dư đầu tiên có trọng số nhỏ nhất. − Lấy phần thập phân nhân cho cơ số A, ghi lại phần nguyên. Phần thập phân còn lại tiếp tục nhân cho cơ số A. Cứ tiếp tục như vậy cho đến độ chính xác mà ta muốn. Phần thập phân trong hệ cơ số A sẽ là tập hợp các phần nguyên của phép nhân, trong đó số đầu tiên có trọng số lớn nhất.  Để đổi từ hệ nhị phân sang hệ bát phân, trước hết phải gom các số thành nhóm có ba chữ số, tính từ dấu chấm phân cách phần nguyên và phần thập phân. Mỗi nhóm này được thay thế bằng một chữ số hệ bát phân theo bảng mã.
13  Để đổi từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân, trước hết phải gom các số thành nhóm có bốn chữ số, tính từ dấu chấm phân cách phần nguyên và phần thập phân. Mỗi nhóm này được thay thế bằng một chữ số hệ thập lục phân theo bảng mã. 1.2 Mã và mã ASCII 1.2.1 Khái niệm về mã Mã là một quy tắc ký hiệu đặt ra để biểu diễn các thông tin. Một mã gồm một số hữu hạn các từ mã. Mỗi từ mã có một ký hiệu xác định và được gán biểu diễn cho một thông tin [1]. Trong kỹ thuật số, dạng mã thông dụng là mã nhị phân. Mỗi từ mã của mã nhị phân là một dãy liên tiếp các số hạng, mỗi số hạng chỉ có thể biểu diễn bằng hai số 0 hay 1, gọi là bit. Như vậy, một mã nhị phân có độ dài n bit, sẽ có 2n tổ hợp khác nhau và có thể biểu diễn cho 2n thông tin. Việc gắn mỗi từ mã biểu diễn cho từng thông tin xác định gọi là mã hóa. Việc làm ngược lại gọi là giải mã. 1.2.2 Mã ký tự ASCII Mã ASCII (viết tắt của American Standard Code for International Interchange – Mã chuẩn của Mỹ dùng cho trao đổi thông tin) là một mã nhị phân 7 bit thông dụng để mã hóa các ký tự trong xử lý văn bản (các chữ cái, chữ số, các dấu ?, !, >, < …). Số ký tự tối đa có thể mã hóa là 27 = 128 ký tự từ 0 đến 127. Trong bảng mã ACII mở rộng, người ta bổ sung thêm 128 ký tự đặc biệt với mã từ 128 đến 255 [4]. Ví dụ mã ASCII của ‘A’ là 65, của ‘a’ là 97. 1.3 Sơ lược về PIC 1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Thế hệ PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General – Instrument. PIC là viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” là một sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên là PIC1650. Thời điểm đó PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại
14 vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface Controller" – bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi. CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các hoạt động xuất nhập vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập của CP1600. ROM để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh với một chu kỳ máy – gồm 4 chu kỳ của bộ dao động. Năm 1985 General Instruments bán công nghệ các vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào ra lập trình. Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word. 1.3.2 Một số đặc tính chung của vi điều khiển PIC Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:  Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard.  Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte.  Có các cổng xuất – nhập (I/O ports).  Có timer 8/16 bit.  Có các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/không đồng bộ USART.  Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bit.  Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators).  Có các khối Capture/Compare/PWM.  Có hỗ trợ giao tiếp LCD.  Có MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp I²C, SPI, và I²S.  Có bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu lần.  Có khối điều khiển động cơ, đọc encoder.
15  Có hỗ trợ giao tiếp USB.  Có hỗ trợ điều khiển Ethernet.  Có hỗ trợ giao tiếp CAN. Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC của họ vi điều khiển PIC16F8XX là:  Chỉ gồm 35 lệnh đơn.  Thời gian thực hiện tất cả các lệnh là 1 chu kì máy, ngoại trừ lệnh gọi chương trình con là 2.  Tốc độ hoạt động: * DC - 20MHz ngõ vào xung clock. * DC - 200ns chu kì lệnh.  Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là 8K×14words.  Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 368×8bytes.  Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256×8 bytes. 1.3.2.1 Các đặc tính ngoại vi  Timer0: là bộ định thời timer/counter 8 bit có bộ chia trước.  Timer1: là bộ định thời timer/counter 16 bit có bộ chia trước, có thể đếm khi CPU đang ở trong chế độ ngủ với nguồn xung từ thạch anh hoặc nguồn xung bên ngoài.  Timer2: bộ định thời timer/counter 8 bit với thanh ghi 8-bit, chia trước và bộ chia sau.  Hai khối Capture, Compare, PWM. − Capture có độ rộng 16-bit, độ phân giải 12.5ns. − Compare có độ rộng 16-bit, độ phân giải 200ns. − Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10-bit. 1.3.2.2 Các đặc tính tương tự  Có kênh chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ADC 10-bit.  Có reset BOR (Brown – Out Reset).
16  Khối so sánh điện áp tương tự: − Hai bộ so sánh tương tự. − Khối tạo điện áp chuẩn VREF tích hợp bên trong có thể lập trình. − Đa hợp ngõ vào lập trình từ ngõ vào của CPU với điện áp chuẩn bên trong. − Các ngõ ra của bộ so sánh có thể truy xuất từ bên ngoài. 1.3.2.3 Các đặc tính đặc biệt của vi điều khiển  Bộ nhớ chương trình Enhanced Flash cho phép xóa và ghi 100.000 lần.  Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 1.000.000 lần.  Bộ nhớ EEPROM có thể lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và có thể tự lập trình lại.  Mạch lập trình nối tiếp ISP thông qua 2 chân (In - Circuit Serial Programming).  Nguồn sử dụng là nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp.  Có Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp trên Chip.  Có thể lập trình mã bảo mật.  Có thể hoạt động ở chế độ ngủ để tiết kiệm năng lượng.  Có thể lựa chọn bộ dao động.  Có mạch điện gỡ rối ICD (In-Circuit Debug). 1.3.2.4 Chế tạo theo công nghệ CMOS Có các đặc tính: công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM tốc độ cao. Điện áp hoạt động từ 2V đến 5,5V và tiêu tốn năng lượng thấp. Phù hợp với nhiệt độ làm việc trong công nghiệp và thương mại.
17 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LINH KIỆN LIÊN QUAN – NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG MẠCH 555 VÀ MẠCH ĐO TẦN SỐ Trong chương này sẽ trình bày một số linh kiện liên quan đến việc thiết kế máy đo âm tần và mạch tạo xung sử dụng IC 555. Để sử dụng đúng chức năng của linh kiện, chương này sẽ trình bày rõ về cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của chúng. Trên sơ sở nắm vững những kiến thức đó, chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ, nguyên lý hoạt động mạch tạo xung sử dụng IC 555 và máy đo âm tần. 2.1 IC 78XX Ngày nay, các vi mạch ổn áp DC tuyến tính được sử dụng rất rộng rãi do những ưu điểm của chúng như: tích hợp toàn bộ linh kiện trong một vỏ kích thước bé, không cần sử dụng hay chỉ sử dụng thêm một vài linh kiện ngoài để tạo mạh hoàn chỉnh, mạch bảo vệ quá dòng và quá nhiệt có sẵn trong vi mạch… Một trong những vi mạch ổn áp DC tuyến tính thông dụng là họ vi mạch 78XX ổn áp dương (tức tạo điện thế đầu ra dương) và 79XX ổn áp âm (tức tạo điện thế đầu ra âm) có ba chân. Tùy theo hình dạng vỏ ngoài mà các IC ổn áp có thể cung cấp dòng từ 100 mA đến 1 A và cho điện áp ra cố định ở nhiều giá trị khác nhau tương ứng với mã số [7]. Bảng 2.1: Giá trị điện áp ra của một số họ IC 78XX và 79XX. Mã số Điện áp ra (V) Mã số Điện áp ra (V) 7805 5 7905 -5 7808 8 7908 -8 7809 9 7909 -9 7812 12 7912 - 12 7815 15 7915 - 15 7824 24 7924 - 24 Cách xác định chân của họ 78XX như hình 2.1.
18 Hình 2.1: Thứ tự chân của họ IC 78XX. 78XX là họ IC dùng để tạo điện áp dương đầu ra. Tùy theo IC78XX mà nó có điện áp đầu ra là bao nhiêu. IC 78XX có 3 chân như hình trên:  1: Input là chân đưa điện áp vào  2 GND là chân nối masse.  3. Output là chân đưa điện áp ra. Khi mắc vào mạch, IC thường được mắc như sau 78XX (79XX) Ci C0 Hình 2.2: Sơ đồ mạch IC78XX Trong mạch trên, tụ C i được thêm vào khi vi mạch đặt xa nguồn chỉnh lưu và có tác dụng lọc (khi nguồn DC chưa ổn định) để ổn định điện áp ngõ vào; C 0 có tác dụng lọc nhiễu cao tần. Điện áp ngõ vào tối thiểu phải cao hơn điện áp ngõ ra 3V để vi mạch vẫn hoạt động tốt. Khi lắp IC vào mạch thì nên gắn thêm một đế tản nhiệt bằng nhôm để IC bớt nóng khi làm việc và tăng tuổi thọ. Ngoài ra, nếu như nguồn cấp là 12VDC và mạch cần sử dụng nguồn 5VDC thì trên lý thuyết ta có thể sử dụng trực tiếp IC7805 để hạ xuống điện áp 5VDC. Tuy nhiên, thực tế thì sẽ khiến cho IC7805 khá nóng khi phải làm việc lâu và giảm hiệu suất làm việc. Vì vậy, trong mạch đo tần số sử dụng 2 loại IC là 7805 và 7809 nhằm tránh hiện tượng trên.
19 2.2 Thạch anh Tinh thể thạch anh là loại đá trong mờ trong thiên nhiên, có thành phần cấu tạo là Silic đioxit (SiO 2 ). Thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cắt ra từ tinh thể. Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có đặc tính khác nhau. Lát thạch anh có diện tích từ nhỏ hơn 1cm2 đến vài cm2 được mài rất mỏng, phẳng (vài mm) và 2 mặt thật song song với nhau. Hai mặt này được mạ kim loại và nối chân ra ngoài để dễ sử dụng [3]. Hình 2.3: Hình dạng thạch anh sau khi gia công dùng trong các mạch điện tử. Ký hiệu của thạch anh trong mạch điện Ðặc tính của tinh thể thạch anh là tính áp điện (piezoelectric effect). Tức là khi ta áp một lực vào hai mặt của lát thạch anh (nén và kéo dãn) thì sẽ xuất hiện một điện thế xoay chiều giữa hai mặt. Ngược lại, dưới tác dụng của một điện thế xoay chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không đổi và như vậy tạo ra một điện thế xoay chiều có tần số không đổi. Tần số dao động của lát thạch anh tùy thuộc vào kích thước của nó đặc biệt là độ dày, mặt cắt. Khi nhiệt độ thay đổi, tần số rung của thạch anh cũng thay đổi theo nhưng vẫn có độ ổn định tốt hơn rất nhiều so với các mạch dao động không dùng thạch anh (tần số dao động gần như chỉ tùy thuộc vào thạch anh mà không lệ thuộc mạch ngoài). 2.3 LCD 2.3.1 Phân loại Có thể chia LCD [4] làm hai loại chính như sau:  Text LCD (loại hiển thị ký tự) có một vài kích cỡ như sau: 16x1 (16 ký tự x 1 dòng); 16x2 (16 ký tự x 2 dòng); 16x4 (16 ký tự x 4 dòng); 20x1 (20 ký tự x 1 dòng); 20x4 (20 ký tự x 4 dòng); ….
20  Graphic LCD (loại hiển thị đồ họa) đen trắng hoặc màu, có một vài kích cỡ như sau: 1,47 inch (128x128 điểm ảnh); 1,8 inch (128x160 điểm ảnh); 2 inch (176x220 điểm ảnh); 2,2 inch (240x320 điểm ảnh); 3,5 inch (320x240 điểm ảnh;… Dưới dây ta sẽ khảo sát kỹ hơn về Text LCD. 2.3.2 Ý nghĩa các chân Text LCD [4] là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII. Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII. Vì thế nên loại LCD này được gọi là Text LCD. Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần hiển thị. Trong các Text LCD, các mẫu ký tự được định nghĩa sẵn. Hình 2.4 là một ví dụ Text LCD 16x2. Hình 2.4: Text LCD LCD 16x2 điều khiển bởi chip HD44780U của hãng Hitachi. HD44780U là bộ điều khiển cho các Text LCD dạng ma trận điểm (dot-matrix), chip này có thể được dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng hiển thị. HD44780U có 2 mode giao tiếp là 4 bit và 8 bit. Nó chứa sẵn 208 ký tự mẫu kích thước font 5x8 và 32 ký tự mẫu font 5x10 (tổng cộng là 240 ký tự mẫu khác nhau). Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết nối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền”. Thứ tự các chân thường được sắp xếp như trong bảng 2.2.