<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ </b>

Lê Quý Dương 20212402Hoàng Ngọc Trọng 20212423Lê Hữu Hải Đăng 20210153Nguyễn Tất Đạt 20212404

<small>1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Mục Lục<small>LỜI NÓI ĐẦU</small></b> 3

<b>I. Giới thiệu đề tài 4</b>

1.1. Tổng quan 41.2. Mục tiêu chính <b><small>4</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Lời nói đầu</b>

Việc đo khoảng cách là một phần không thể thiếu trong nhiềuứng dụng hiện đại, từ các ứng dụng công nghiệp cho đến cácứng dụng gia đình và cá nhân. Với sự phát triển của công nghệ,các mạch đo khoảng cách đã trở nên phổ biến và đa dạng hơnbao giờ hết. Trong báo cáo này, chúng tôi sẽ đề xuất một mạchđo khoảng cách đơn giản sử dụng vi điều khiển vi điều khiển8051, cảm biến siêu âm và LCD 16X2.

Cơ chế hoạt động của mạch đo khoảng cách sẽ được trình bàytrong báo cáo này. Mạch đo khoảng cách phải hoạt động chínhxác, đơn giản, gọn nhẹ. Khi cảm biến phát ra các xung tín hiệura và nhận các xung tín hiệu quay về, bộ xử lý phải tính tốnkhoảng cách và điều khiển màn hình hoạt động theo yêu cầu đãđặt ra.

<small>3</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>I. Giới thiệu đề tài1.1. Tổng quan</b>

Việc đo khoảng cách là một khía cạnh cực kỳ quan trọng trongnhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống hiện đại, được sử dụngcho nhiều mục đích khác nhau, từ trong công nghiệp cho tới đờisống sinh hoạt thường ngày. Một phương pháp đơn giản để xácđịnh khoảng cách là sử dụng một mạch đo khoảng cách. Nhậnthức được tầm quan trọng của chúng, chúng tôi đề xuất mộtmạch xác định khoảng cách đơn giản, hiệu quả và thiết thực.

<b>1.2. Mục tiêu chính</b>

Để thực hiện project này, ta cần đạt được các mục tiêu sau:

<small></small> Vẽ sơ đồ khối của mạch và tìm hiểu về chức năng của từng khối trong đó

<small></small> Lựa chọn linh kiện cho từng khối

<small></small> Mơ phỏng cách mạch hoạt động trên các phần mềm như Proteus,…

<b>1.3. Quy mô sản phẩm</b>

Project này được thiết kế một mạch đo khoản cách đơn giản sửdụng trong đời sống hàng ngày. Linh kiện được sử dụng sẽ là linhkiện phổ biến trên thị trường. Chi phí của mạch sẽ vào khoảng100.000-150.000 đồng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>II. Sơ đồ khối</b>

<b>2.2. Linh kiện của mạch</b>

<b>Linh kiện Số lượng</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>III. Thiết kế mạch</b>

<b>3.1. Module cảm biến siêu âm</b>

Với mạch này, ta sẽ sử dụng cảm biến siêu âm HC-SR04. Modulecảm biến siêu âm HC-SR04 được ứng dụng nhiều nhất trong cácbài toán đo khoảng cách vật.

Phạm vi đo ngắn, trong khoảng 2-400cm

<small></small> Cảm biến siêu âm SR04 hoạt động bằng cách phát 1 tínhiệu siêu âm

(tần số 40Khz) và bắt đầu đếm thời gian nhận được tín hiệuphản hồi.

<small></small> Khoảng cách do cảm biến siêu âm SR-04 được tính từ tốcđộ và thời gian phản hồi.

Cảm biến siêu âm HC- SR04Thông số kỹ thuật :

 Điện áp nguồn cung cấp 5V DC. Dịng tiêu thụ <2mA.

 Góc có hiệu lực <15 .<small>0</small>

 Khoảng cách đo: 2cm – 500cm. Độ chính xác: 0.5cm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Cảm biến HC- SR 04 có 4 chân: chân cấp nguồn Vcc, chân kích(Trigger), chân nhận tín hiệu dội (echo) và chân GND.

Giản đồ thời gian các tín hiệu:

Giản đồ thời gian của cảm biến HC- SR04Nguyên lý hoạt động :

Để đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm thì hệ thống điềukhiển phải kích tín hiệu chân trigger tạo ra 1 xung có mức logic 1tối thiểu là 10µs. Tín hiệu tương thích chuẩn TTL. Sau đó thìmạch cảm biến sẽ tạo ra một chuỗi 8 xung phát ra ở biến tửphát, sau khi gặp vật cản nằm trong giới hạn đo thì sóng sẽ phảnxạ về và tín hiệu echo lên mức 1 với thời gian ở mức 1 tỷ lệ

Hệ thống phải đo thời gian tín hiệu echo ở mức logic 1 theo đơn<small>7</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

vị thời gian là µs, lấy thời gian đo được chia cho 58 sẽ đượckhoảng cách cần đo theo đơn vị cm, chia cho 148 sẽ đượckhoảng cách theo đơn vị inch – các hệ số này do nhà cung cấpcho chúng ta – dựa vào tốc độ sóng phát đi và phản xạ về.

<b>3.2. Vi điều khiển 8051</b>

Vi điều khiển 8051 được Intel thiết kế vào năm 1981. Đây là bộ vi điều khiển 8bit, được xây dựng với 40 chân DIP (gói nội tuyến kép), 4kb bộ nhớ ROM và128 byte bộ nhớ RAM, 2 bộ định thời 16 bit. Nó bao gồm bốn cổng 8 bit songsong, có thể lập trình cũng như định địa chỉ theo yêu cầu. Một bộ dao động tinhthể trên chip được tích hợp trong bộ vi điều khiển có tần số tinh thể là 12 MHz.Bộ vi điều khiển 8051 là thành viên đầu tiên của họ 8051. Hãng Intel ký hiệu nónhư là MCS51.

8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuấtvà bán bất kỳ dạng biến thế nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải đểmã lại tương thích với 8051. Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của8051 với các tốc độ khác nhau và dung lượng ROM trên chip khác nhau đượcbán bởi hơn nửa các nhà sản xuất. Điều này quan trọng là mặc dù có nhiều biếnthể khác nhau của 8051 về tốc độ và dung lượng nhớ ROM trên chip, nhưng tấtcả chúng đều tương thích với 8051 ban đầu về các lệnh. Điều này có nghĩa là nếuta viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy vớimọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào.Kiến trúc cơ bản bên trong 8051 bao gồm các khối chức năng sau:

- CPU (Central Processing Unit): đơn vị điều khiển trung tâm

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

- Bộ nhớ chương trình ROM bao gồm 4 Kbyte

- Bộ nhớ dữ liệu RAM bao gồm 128 byte

- Bốn cổng xuất nhập

- Hai bộ định thời/bộ đếm 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện

- Bộ giao diện nối tiếp (cổng nối tiếp)

- Khối điều khiển ngắt với hai nguồn ngắt ngoài- Bộ chia tần số

Hình dưới cho ta sơ đồ chân của chip 8051, mô tả chức năng các chân như sau: Chân1 đến 8: được gọi là Cổng 1 (Port 1)

Tám chân này có duy nhất 1 chức năng là xuất và nhập. Cổng 1 có thể xuất và nhậptheo bit hoặc byte. Ta đánh tên cho mỗi chân của Port 1 là P1.X (X = 0 đến 7).

Chân 9: là chân vào reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao trong ítnhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải những giá trịthích hợp để khởi động hệ thống. Hay nói cách khác là vi điều khiển sẽ bị reset nếuchân này được kích hoạt mức cao.

<small>9</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Chân 10 đến 17: được gọi là Cổng 3 (Port 3). Tám chân này ngoài chức năng là xuấtvà nhập như các chân ở cổng 1 (chân 1 đến 8) thì mỗi chân này cịn có chức năngriêng nữa, cụ thể như sau:

Chân 18 và 19 (XTAL1 & XTAL2) Hai chân này được sử dụng để nối với bộ daođộng ngồi. Thơng thường một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầuvào XTAL1 (chân 19) và XTAL2 (chân 18) cùng với hai tụ gốm giá trị khoảng 30pF.Một phía của tụ điện được nối xuống đất. Các hệ thống xây dựng trên 8051 thườngcó tần số thạch anh từ 10 đến 40 MHz, thông thường ta dùng thạch anh 12 Mhz.Chân 20: được nối vào chân 0V của nguồn cấp. Chân 21 đến chân 28: được gọi làcổng 2 (Port 2). Tám chân của cổng 2 có 2 cơng dụng, ngồi chức năng là cổng xuấtvà nhập như cổng 1 thì cổng 2 này còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộnhớ ngoài. Chân 29 (PSEN): Chân PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộnhớ ngồi, nó được nối với chân OE của ROM ngồi để cho phép đọc các byte mãlệnh trên ROM ngoài. PSEN ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh. Khi thực hiệnchương trình trong ROM nội thì PSEN được duy trì ở mức cao.

Chân 30 (ALE): Chân ALE cho phép tách các đường dữ liệu và các đường địa chỉtại Port 0 và Port. Chân 31 (EA): Tín hiệu chân EA cho phép chọn bộ nhớ chương

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi điều khiển. Nếu chân EA được nối ở mức cao (nốinguồn Vcc), thì vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội. Nếu chân EA ởmức thấp (được nối GND) thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngồi.Chân 32 đến 39: được gọi là cổng 0 (Port 0). Cổng 0 gồm 8 chân cũng có 2 cơngdụng, ngồi chức năng xuất nhập, cổng 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ, chứcnăng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp với các biết bị ngồi có kiến trúc Busnhư các vi mạch nhớ...

Vì cổng P0 là một mảng mở khác so với các cổng P1, P2 và P3 nên các chân ở cổng0 phải được nối với điện trở kéo khi sử dụng các chân này như chân vào/ra. Điện trởnày tùy thuộc vào đặc tính ngõ vào của thành phần ghép nối với chân của port 0.Thường ta dùng điện trở kéo khoảng 4K7 đến 10K.

<b>3.3. Module LCD 16x2</b>

Mơ-đun LCD 16 × 2 là loại mơ-đun LCD rất phổ biến được sử dụng trong các dựán nhúng dựa trên 8051. Nó bao gồm 16 hàng và 2 cột 5 × 7 hoặc 5 × 8 ma trậnđiểm LCD. Các mơ-đun đang nói về ở đây là loại JHD162A, một loại rất phổ biến.Nó có sẵn trong một gói 16 chân với ánh sáng nền, chức năng điều chỉnh độ tươngphản và mỗi ma trận điểm có độ phân giải 5 × 8 chấm. Số chân, tên của chúng vàcác chức năng tương ứng được hiển thị trong bảng bên dưới:

<small>11</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Chân số Tên chân Chức năng

Chân Vee là để điều chỉnh độ tương phản của màn hình LCD và độ tương phản cóthể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp ở chân này. Thực hiện bằng cáchnối một đầu của biến trở với Vcc (5V), đầu kia với GND và nối chân giữa củabiến trở với chân Vee. JHD162A có hai thanh ghi tích hợp là thanh ghi dữ liệu vàthanh ghi lệnh. Thanh ghi dữ liệu để đặt dữ liệu sẽ được hiển thị và thanh ghi lệnhđể đặt các lệnh. Mô-đun LCD 16 × 2 có một bộ lệnh mỗi lệnh để thực hiện mộtcông việc cụ thể với màn hình. Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về các lệnh sau. Nếumức logic cao đưa vào chân RS thì sẽ chọn thanh ghi dữ liệu và mức logic thấp ởchân RS thì sẽ chọn thanh ghi lệnh. Nếu chúng ta đặt chân RS lên cao và đặt dữliệu vào dịng dữ liệu 8 bit (DB0 đến DB7), mơ-đun LCD sẽ nhận ra đó là dữ liệusẽ được hiển thị. Nếu chúng ta làm cho chân RS ở mức thấp và đặt dữ liệu trênđường dữ liệu, mô-đun sẽ nhận ra đó là một lệnh. Chân R / W có nghĩa là để chọngiữa chế độ đọc và ghi. Mức cao ở chân này cho phép chế độ đọc và mức thấp ởchân này cho phép chế độ ghi. Chân E là để kích hoạt các mơ-đun. DB0 đến DB7

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

là các chân dữ liệu. Dữ liệu được hiển thị và lệnh được đặt trên các chân này.

<b>IV. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch4.1 Sơ đồ mạch</b>

<b>4.2 Mơ phỏng trên Proteus</b>

Kết quả mơ phỏng như hình dưới đây:

<small>13</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>V. Sản phẩm thực tế</b>

Nhóm đã thiết kế thành cơng mạch đo khoảng cách. Mơ hình thử nghiệm đượcthực hiện theo sơ đồ mạch điện và kết quả đạt được như mong đợi. Giá trị khoảngcách đo được chính xác, ít sai sót trong điều kiện khoảng cách cần đo không quá

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>VI. Kết luận</b>

Bằng việc sử dụng các kiến thức đã học và tìm hiểu thêm qua các nguồn khác,nhóm đã thành công trong việc chế tạo mạch đo khoảng cách sử dụng cảm biếnsiêu âm. Mạch hoạt động ổn định với giá thành rẻ và độ chính xác khá cao. Qtrình làm mạch cũng giúp nhóm hiểu sâu hơn về các linh kiện điện tử, củng cố cáckiến thức đã được học.

<b>BẢNG PHÂN CHIA CƠNG VIỆC CỦA NHĨM</b>

<b>Họ Và TênNhiệm vụ được phân cơng</b>

<b>Mức độ hồn thànhnhiệm vụ</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Lê Quý Dương ^{Tìm hiểu nguyên lý, viết báo cáo} <b> 100%</b>

Lê Hữu Hải Đăng ^{Tìm hiểu nguyên lý mạch, mô}

phỏng trên Proteus <b>^100%</b>

<small>[1] “8051 Datasheet (PDF)”, ALLDATASHEET.COM - Electronic Parts Datasheet Search[2] “16x2 LCD Datasheet (PDF)”, ALLDATASHEET.COM - Electronic Parts Datasheet Search[3] “HCSR04 (PDF)”, ALLDATASHEET.COM - Electronic Parts Datasheet Search[4] “Slide KTDL”, Nguyen Thanh Huong– KTDL (2024)</small>

</div>