Đếm sản phẩm mạch (0-99) và dùng LED hồng ngoại với AT89C51

Bạn cầm biets phần biệt hai phần chính là: bộ phận cảm biến và bộ phận đếm : 

 * Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu. Cụ thể nhóm sử dụng cặp LED thu phát hồng ngoại 

 * Bộ phận đếm : Nhóm sử dụng kỹ thuật vi điều khiển.

I) Các linh kiện chính sử dụng trong mạch
1. Vi điều khiển 8051 : Nhận tín hiệu vào khi có tín hiệu vào từ chân EA và thực hiện đếm và hiển thị lên các LED 7 đoạn.
VĐK 8051 có tất cả 40 chân. Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (1 chân có 2 chức năng¬)¬¬, mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập điều khiển IO hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ để tải địa chỉ và dữ liệu khi giao tiếp với bộ nhớ ngoài.

Đặc tính của VĐK 8051 :
ROM trên chip :   4K byte
RAM :    128 byte
Bộ định thời :    2
Các chân vào ra :    32
Cổng nối tiếp :    1
Nguồn ngắt :   6

2. LED hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động : Khi LED thu  không nhận được tín hiệu từ LED phát, điện trở của LED thu rất lớn V2 > V3, dẫn lối ra điện áp bằng 0, khi LED thu nhận được tín hiệu từ LED phát, điện trở của LED thu giảm mạnh xuống(sự giảm đó phụ thuộc vào cường độ LED phát), khi đó V2 < V3, dẫn đến lỗi ra điện áp bằng 5V.

                                                             Mạch thu phát hồng ngoại

3 . Op-amp LM358 : Bộ khuếch đại thuật toán.
Gồm 2 còn op-amp bên trong, mỗi op-amp gồm có 3 chân, ngõ vào đảo (- input) và ngõ vào không đảo (+ input) và ngõ ra.

Sơ đồ chân Op-amp LM358

Khi hiệu điện thế + input cao hơn  - input, ngõ ra sẽ ở mức cao (+Vss), ngược lại ngõ ra ở mức thấp (-Vss)
4.IC 74LS14 :  Là một IC chuyển mạch trigger.
IC 74LS14 chỉ chuyển trạng thái khi điện áp vượt ngưỡng điện áp cho phép. Với 6 ngõ vào và 6 ngõ ra.

Sơ đồ chân 74LS14

5.Ổn áp L7805 : Là IC ổn áp 5V, tương ứng với dòng là 1A
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Và 7805 cho ổn định điện áp đầu ra là dương với điều kiện đầu vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V.
IC7805 gồm có 3 chân :
Vin : Chân nguồn đầu vào
GND : Chân nối đất
Vo     : Chân nguồn đầu ra

6. LED đơn và LED 7 đoạn
LED 7 đoạn được sử dụng nhiều trong các mạch hiển thị thông tin thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giản,… LED 7 đoạn được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ 0 đến 9 và từ A đến F.

Trên thị trường có 2 loại LED 7 đoạn đó là chung Anot và chung Catot. Cấu tạo của nó gồm 8 con LED đơn được ghép với nhau chung Anot hoặc  Catot. Có 1 chân cấp nguồn và 8 chân đầu ra hay vào tùy theo Anot chung hay catot chung.Và trên đó nó được chia ra làm 7 thanh tương ứng với A,B,C,D,E,F,G và 1 chân dot

Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòng điện từ 10....20mA. Với điện áp 5V thì điện trở cần dùng là 270Ω; công suất là 1,4 Watt.

II) Thiết kế mô hình

1) Sơ đồ khối

2) Chức năng và nhiệm vụ từng khối
a)  Khối Nguồn
Tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch. Trong mạch sử dụng nguồn 5V nên ta dùng IC ổn áp 7805

b) Khối hồng Ngoại
Nhận tín hiệu từ LED phát và LED thu để đưa vào chân INT0 để VDDK 8051 sau đó hiển thị lên LED 7 đoạn và LED đơn

c) Khối Điều Khiển Xung, Khối Đếm và Khối Giải Mã
Ba khối này được gói gọn trong VĐK 8051, tất cả đề được điều khiển bằng cách nối dây và mã code khi nạp lên VĐK. Sau đây là toàn bộ đoạn code chương trình được nạp lên VĐK 8051.

d)   Khối hiển Thị
LED đơn sẽ biểu diễn khi có sản phẩm qua băng chuyển, khi có sản phẩm qua LED sẽ sáng. Còn LED 7 đoạn hiện thị sô sản phầm

3) Sơ đồ nguyên lý tổng hợp

4.  Nguyên lý hoạt động toàn mạch
Đây là mạch đếm sản phẩm qua băng chuyền. Mạch bao gồm 2 khối chính là khối hồng ngoại và khối xử lý tín hiệu hoạt động dưới điện áp 5v
-     Khối xử lý tín hiệu:
o    Mạch sử dụng IC8051 để đếm có nút reset để reset về 0.
o    Khi có tín hiệu từ Port 3.2 (Mức 0) ta sẽ code cho IC8051 đếm lên 1 đơn vị và xuất ra LED 7 đoạn
o    Mạch có 2 LED 7 đoạn để hiển thị từ 00 --> 99
-     Khối hồng ngoại :
o    Khối này ta sử dụng 1 cặp LED hồng ngoại để thu và phát tín hiệu
o    Biến trở 10K để điều chỉnh sự chênh lệch điện áp cho OpAmp
o    OpAmp để so sánh áp giữa output của LED thu với điện áp được điều chỉnh trực tiếp từ biến trở 10K ở trên
o    Khi ta ngắt sự thu phát của 2 LED hồng ngoại, đầu ra của OpAmp sẽ có giá trị vào khoảng 2.7 -> 3.0 v tức khi vào IC8051 sẽ ở mức cao, trong khi đó ngắt INT0 tại chân 3.2 của IC được tích cực ở mức thấp nên ta sử dụng thêm 1 cổng not để đảo giá trị input cho chân 3.2.
5.   Ưu và khuyết điểm của mạch
a)    Ưu điểm
Mạch gọn dễ lắp ráp, ít linh kiện và chỉ sử dụng các IC số đơn giản đã rất thông dụng trong bộ môn điện tử số nên dễ dàng cho sinh viên có thể làm và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch.
b)    Khuyết điểm
Mạch chưa được phát triển đầy đủ và chức năng chưa hoàn thiện để sử dụng vào các mục đích cần thiết. Mạch tín hiệu số dễ bị nhiễu nên khi thiết kế mạch in cần phải chú ý  chống nhiễu.

6) Video thực tế kiểm tra sản phẩm.

7) Phần chương trình và mô phỏng

+ Chương trình : Viết bằng asm cho AT89C51
+ Mô phỏng trên Protues 8
+ Người viết : Nhóm CEES05 (Nguyễn Văn Tùng, Vũ Xuân Trường, Hồ Sĩ Hùng, Nguyễn Minh Trí) - Trường ĐH Công nghệ thông tin