Ứng dụng vi điều khiển PIC16f877a để chế tạo bộ thí nghiệm đo đạc tự động đặc tuyến Volt-Ampere của một số linh kiện điện tử

Báo cáo này trình bày việc ứng dụng vi điều khiển PIC16F877A để thiết kế và chế tạo một bộ thí nghiệm đo đạc đặc tuyến Volt-Ampere của một số linh kiện điện tử (điện trở, diode, transistor). Với khả năng đo tự động, nhanh chóng, cho kết quả với độ chính xác cao, cùng với khả năng giao tiếp với người sử dụng qua máy tính cá nhân bằng kết nối bluetooth, bộ thí nghiệm này bước đầu hỗ trợ cho công tác giảng dạy các kiến thức điện một chiều trong chương trình Vật lí lớp 11 trung học phổ thông.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng vi điều khiển PIC16f877a để chế tạo bộ thí nghiệm đo đạc tự động đặc tuyến Volt-Ampere của một số linh kiện điện tử Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A ĐỂ CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM ĐO ĐẠC TỰ ĐỘNG ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPERE CỦA MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Phan Nhựt Huân, Trần Thanh Phương (Sinh viên năm 3, Khoa Vật lí) GVHD: CN Nguyễn Tấn Phát TÓM TẮT Báo cáo này trình bày việc ứng dụng vi điều khiển PIC16F877A để thiết kế và chế tạo một bộ thí nghiệm đo đạc đặc tuyến Volt-Ampere của một số linh kiện điện tử (điện trở, diode, transistor). Với khả năng đo tự động, nhanh chóng, cho kết quả với độ chính xác cao, cùng với khả năng giao tiếp với người sử dụng qua máy tính cá nhân bằng kết nối bluetooth, bộ thí nghiệm này bước đầu hỗ trợ cho công tác giảng dạy các kiến thức điện một chiều trong chương trình Vật lí lớp 11 trung học phổ thông. 1. Giới thiệu đề tài Trong quá trình sử dụng các dụng cụ thí nghiệm hiện có tại các trường phổ thông để khảo sát đặc tuyến Volt-Ampere của các linh kiện điện tử, việc lắp đặt mạch khá phức tạp và việc lấy số liệu nhiều lần đòi hỏi phải được tiến hành tỉ mỉ, tốn nhiều thời gian nên trong thực tế giáo viên rất hạn chế sử dụng các thí nghiệm trong tiết dạy của mình. Ngoài ra, nhu cầu đổi mới và cải tiến các bộ thí nghiệm ngày càng chính xác hơn đang là một nhu cầu cấp thiết. Vì vậy, việc ứng dụng vi điều khiển PIC16F877A để chế tạo bộ thí nghiệm có thể giao tiếp với người sử dụng qua máy vi tính bằng kết nối bluetooth và đo đạc tự động đặc tuyến Volt-Ampere của một số linh kiện điện tử là một trong những giải pháp thiết thực, góp phần làm mới và làm hiệu quả hơn các bộ thí nghiệm hiện có để phục vụ cho quá trình dạy và học Vật lí ở các trường trung học phổ thông. Trên cơ sở ứng dụng những tiến bộ hiện đại của công nghệ vi điều khiển, đề tài này muốn hướng đến mục tiêu đa dạng hóa các bộ thí nghiệm và tạo ra những bộ thí nghiệm mới có độ chính xác cao hơn, hiển thị kết quả tự động, tiết kiệm thời gian nhằm mang lại hiệu quả dạy học cao. Bộ thí nghiệm này không những giúp cho học sinh có cái nhìn trực quan hơn về kiến thức đã được học mà còn góp phần hỗ trợ trong công tác giảng dạy của giáo viên ở trường phổ thông. 2. Nội dung 2.1. Quá trình thực hiện Quá trình thực hiện đề tài này có thể tóm tắt theo sơ đồ như hình 1. Bước đầu, những kiến thức cơ bản về điện tử (cách sử dụng các thiết bị đo, nguyên lí hoạt động 84 Năm học 2016 - 2017 của transistor, OP-AMP, vi điều khiển…) được tập trung nghiên cứu, làm nền tảng để thực hiện các bước tiếp theo. Chương trình điều khiển cho PIC16F877A được viết bằng ngôn ngữ C thông qua phần mềm CCS Compiler và được nạp cho vi điều khiển thông qua trình biên dịch PICKit 2 Programmer. Chương trình điều khiển được chỉnh sửa và hòan thiện dần thông qua việc lắp ráp và chạy thử từng bộ phận trên testboard và trên phần mềm mô phỏng Proteus. Đây là bước quan trọng nhất trong quá trình thực hiện đề tài này. Chương trình giao tiếp giữa bộ thí nghiệm và máy vi tính được xây dựng trên nền tảng Visual Basic bằng chương trình Visual Studio Professional 2015. Kết nối giữa bộ thí nghiệm và máy vi tính là kết nối không dây thông qua module bluetooth HC-05. Trên cơ sở các bộ phận đã được kiểm tra hoạt động ổn định và chương trình giao tiếp đã được xây dựng, bộ thí nghiệm được xây dựng hòan chỉnh để tiến hành đo đạc, đánh giá kết quả và hiệu chỉnh sao cho phù hợp. 1. Nghiên cứu lý thuyết 6. Đo đạc, đánh giá kết quả về điện tử và lập trình thực nghiệm và hiệu chỉnh 2. Viết chương trình điều khiển 5. Thiết kế xây dựng hoàn chỉnh cho PIC16F877A bộ thí nghiệm 3. Kiểm tra hoạt động của các 4. Viết chương trình giao tiếp thành phần trên testboard và giữa bộ thí nghiệm và máy vi tính phần mềm mô phỏng Proteus Hình 1. Tóm tắt quá trình thực hiện 2.2. Cấu trúc và hoạt động của bộ thí nghiệm Trong bộ thí nghiệm này, vi điều khiển PIC16F877A đóng vai trò là trung tâm điều khiển, có nhiệm vụ nhận các thông số đo đạc (linh kiện cần đo, hiệu điện thế cần đo nhỏ nhất, lớn nhất và bước nhảy) do người dùng điều chỉnh thông qua màn hình LCD1602 và các nút nhấn (chế độ thủ công) hoặc do người dùng nhập vào từ máy vi tính (chế độ tự động). Sau khi các thông số đã được thiết lập, PIC16F877A điều khiển mạch đo để xuất ra các giá trị hiệu điện thế mong muốn, đo cường độ dòng điện qua linh kiện, gửi các giá trị đo đạc được lên máy vi tính thông qua module bluetooth HC- 05 và đồng thời hiển thị các kết quả đo đạc được lên màn hình LCD. Sơ đồ khối của bộ thí nghiệm được thể hiện trên hình 2. 85 Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH Mạch đo hiệu điện thế Nút nhấn và cường độ dòng điện VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A Giao tiếp máy vi tính Hiển thị LCD1602 thông qua module bluetooth HC-05 Hình 2. Sơ đồ khối bộ thí nghiệm 2.2.1. Vi điều khiển PIC16F877A PIC là từ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” có thể tạm dịch là máy tính thông minh có thể lập trình được. PIC là một họ vi điều khiển RISC (vi điều khiển với tập lệnh rút gọn) được sản xuất bởi công ti Microchip Technology. PIC16F877A là một vi điều khiển 8bit với tập lệnh gồm 35 câu lệnh có độ dài 14bit. Mỗi lệnh đều được thực thi tro ...