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

 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 
Năm học 2016 - 2017 
85 
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. 
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. 
1. Nghiên cứu lý thuyết 
về điện tử và lập trình 
2. Viết chương trình điều khiển 
cho PIC16F877A 
3. Kiểm tra hoạt động của các 
thành phần trên testboard và 
phần mềm mô phỏng Proteus 
4. Viết chương trình giao tiếp 
giữa bộ thí nghiệm và máy vi tính 
5. Thiết kế xây dựng hoàn chỉnh 
bộ thí nghiệm 
6. Đo đạc, đánh giá kết quả 
thực nghiệm và hiệu chỉnh 
Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 
86 
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 trong chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 
là 20 MHz với một chu kì lệnh 20ms. Nó có tổng cộng 40 chân mang những tính năng 
nổi bật như timer 8 bit, timer 16 bit, ngắt, tính năng ADC, DAC, tính năng PWM, 
comparator, capture, giao tiếp USB, CAN, I2C, UART, Parallel... Để vi điều khiển 
hoạt động cần có nguồn điện áp từ 2.5V đến 5.5V và có thể cung cấp dòng từ 150mA 
đến 300mA. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A được mô tả 
trong hình 3. 
Hình 3. PIC16F877A (ảnh trái) và sơ đồ chân (ảnh phải) 
Mạch đo hiệu điện thế 
và cường độ dòng điện 
Giao tiếp máy vi tính 
thông qua module 
bluetooth HC-05 
VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 
Hiển thị LCD1602 
Nút nhấn 
Năm học 2016 - 2017 
87 
2.2.2. Module bluetooth HC-05 
Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách 
ngắn. Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn (UHF radio) trong dải tần số 
ISM (2.4 tới 2.485GHz). HC-05 là module bluetooth rẻ, thông dụng ở thị trường Việt 
Nam, khoảng cách truyền của module này lên đến khoảng 10m. HC-05 có thể hoạt 
động ở hai chế độ là “Command Mode” và “Data Mode”. Ở chế độ Command Mode, ta 
có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial bằng tập lệnh AT. Ở chế độ Data 
Mode module có thể truyền nhận dữ liệu tới các module bluetooth khác. Trong bộ thí 
nghiệm này, module HC-05 được thiết lập hoạt động ở chế độ Data Mode, có nhiệm vụ 
truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển PIC16F877A và máy vi tính. Hình 4 mô tả 
module bluetooth HC-05 và sơ đồ các chân của module này. 
Hình 4. Module bluetooth HC-05 
2.2.3. Mạch đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện 
Mạch đo sử dụng trong bộ thí nghiệm này được mô tả như sơ đồ hình 5. Điện thế 
VB được tạo ra từ IC DAC0808, giá trị điện thế này có thể thay đổi bằng vi điều khiển 
PIC16F877A. Với transistor lưỡng cực (BJT) loại NPN (bộ thí nghiệm sử dụng 
transistor NPN mã số C828A), nếu dòng IB qua cực Base của transistor thay đổi (bằng 
cách thay đổi VB) thì dòng IC qua thiết bị cần đo cũng thay đổi, qua đó làm thay đổi 
hiệu điện thế giữa hai đầu của thiết bị này. Hiệu điện thế giữa hai đầu thiết bị được ghi 
nhận bằng bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (ADC – Analog to Digital 
Converter) của PIC (nối với chân A0 và A1). Như vậy, bằng cách điều khiển giá trị VB, 
ta có thể làm thay đổi và đo đạc được hiệu điện thế giữa hai đầu của thiết bị cần đo. 
Do dòng IB có giá trị rất nhỏ (khoảng vài chục A) nên ta có thể xem gần đúng IC 
 IE, tức là dòng điện qua thiết bị cần đo gần đúng với dòng điện qua điện trở R = 10 
mắc với chân E của transistor. Vì vậy, ta chỉ cần xác định điện thế tại chân E của 
transistor bằng cách sử dụng bộ ADC của PIC (nối với chân A5), ta có thể tính được 
Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 
88 
hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở 10 và suy ra được giá trị của cường độ dòng điện 
qua thiết bị cần đo: 
10
E
thietbido
VI (A). 
100R k 
Transistor NPN
5V
 A1ADC
 A0ADC
 A5ADC
10R 
BV
Hình 5. Mạch đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện 
2.2.4. IC DAC0808 
DAC (Digital to Analog Converter) còn gọi bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín 
hiệu tương tự. Vi điều khiển sẽ được lập trình để điều khiển DAC0808 xuất ra các giá 
trị điện thế mong muốn. DAC0808 có cấu tạo gồm 16 chân, các chân tín hiệu vào (A1 
đến A8) được lần lượt nối với 8 chân của vi điều khiển PIC16F877A theo thứ tự từ 
RB0 đến RB7 như được mô tả trong hình 6. 
Hình 6. Ghép nối giữa IC DAC0808 và vi điều khiển PIC16F877A 
Năm học 2016 - 2017 
89 
DAC thực hiện quá trình biến đổi tín hiệu từ số sang tương tự bằng cách so sánh 
với một điện áp tham chiếu (Reference Voltage) được đưa vào chân số 14. Trong bộ thí 
nghiệm này, DAC0808 được tham chiếu với điện áp 12V. Giá trị điện thế mà 
DAC0808 xuất ra (được kí hiệu VB trong hình 6) được xác định từ công thức sau: 
3 5 6 7 81 2 4
2 4 8 16 32 64 128 256B ref
A A A A AA A AV V 
trong đó, A1 đến A8 chỉ nhận một trong hai giá trị là 0 hoặc 1, ứng với các chân của 
PIC ghép nối với nó là từ RB0 đến RB7 xuất ra giá trị điện thế thấp (0V) hay điện thế 
cao (5V). Như vậy, bằng cách điều khiển giá trị điện thế xuất ra ở các chân cổng B của 
PIC16F877A, ta có thể điều khiển được giá trị mà IC DAC0808 sẽ xuất ra theo mong 
muốn. 
2.2.5. Chức năng ADC của PIC16F877A 
ADC (Analog to Digital Converter) dùng để biến đổi một tín hiệu điện áp tương 
tự vào một chân nào đó của vi điều khiển trở thành tín hiệu số cũng bằng cách so sánh 
với một điện áp tham chiếu tương tự như DAC. Điện áp tham chiếu có thể là điện áp 
VDD (điện áp nguồn) hoặc điện áp tham chiếu được đưa vào một chân khác. Thứ tự 
chân đọc ADC và chân cấp điện áp tham chiếu được quy định rõ ràng trong từng 
trường hợp sử dụng. Bộ ADC được sử dụng trong bộ thí nghiệm này là loại ADC 10bit 
tương ứng với 210 =1024 giá trị. Giá trị bit càng lớn thì ADC có độ phân giải càng cao. 
Ở đây, khi điện áp tham chiếu là 5V thì trong đoạn từ 0V đến 5V sẽ được chia làm 
1023 khoảng. Mỗi giá trị điện áp được ADC đọc sẽ tương ứng với một số. Xét với 
trường hợp cần đo nói trên là điện áp thì giá trị điện áp sẽ được vi điều khiển xử lí tính 
toán theo công thức sau: 
5
1023
ADCV 
với: ADC là giá trị ADC đọc được, V là giá trị điện áp tại chân ADC đó. 
2.3. Chương trình giao tiếp với máy vi tính 
Giao tiếp giữa vi điều khiển và máy vi tính được thực hiện thông qua module 
bluetooth HC-05. Chương trình giao tiếp trên máy vi tính được viết trên nền Visual 
Basic bằng phần mềm Visual Studio Professional 2015 và có giao diện như hình 7. 
Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 
90 
Hình 7. Chương trình giao tiếp với người dùng trên máy vi tính 
Tại chương trình này, sau khi người dùng chọn cổng và kết nối với bộ thí nghiệm 
bằng các nút ở vùng 1, người dùng có thể chọn thiết bị cần đo trong ô chọn ở vùng 2. 
Có 3 lựa chọn: điện trở, diode, hoặc transistor. Khi đã chọn được thiết bị cần đo, người 
dùng nhập vào các thông số của quá trình đo đạc (hiệu điện thế nhỏ nhất, lớn nhất và 
bước nhảy) sau đó nhấn nút “Xác nhận” để truyền các thông số này về bộ thí nghiệm. 
Nút “Bắt đầu đo” và “Dừng đo” trong vùng 3 để bắt đầu hoặc kết thúc quá trình đo. 
Khi quá trình đo diễn ra, các thông số hiệu điện thế giữa hai đầu thiết bị đo và cường 
độ dòng điện qua thiết bị đó được hiển thị và cập nhật lên bảng 6, đồng thời được mô tả 
trên đồ thị 7. Kết thúc quá trình đo đạc, người dùng có thể lưu lại kết quả đo được dưới 
dạng Excel hoặc lưu đồ thị dưới dạng hình ảnh bằng các nút “Lưu dữ liệu” và “Lưu đồ 
thị” trong vùng 4. Tất cả các thao tác của người dùng trên giao diện được ghi nhận và 
thể hiện lên thanh trạng thái 8. 
3. Kết quả 
3.1. Bộ thí nghiệm 
Bộ thí nghiệm được nghiên cứu đến thời điểm hiện tại được trình bày như hình 8. 
Mạch điện tử sẽ tiếp tục được gia công mạch in hòan chỉnh trong thời gian nghiên cứu 
sắp tới. 
Năm học 2016 - 2017 
91 
Mạch 
điện tử
Nút nhấn
Bluetooth HC-05 Chương trình giao tiếpLCD1602
Hình 8. Bộ thí nghiệm đang được nghiên cứu ở thời điểm hiện tại 
Bộ thí nghiệm này có thể hoạt động ở hai chế độ là thủ công và tự động. Ở chế độ 
thủ công, người dùng trực tiếp đo, ghi nhận các giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng 
điện trên màn hình LCD. Đối với chế độ tự động, người dùng kết nối bộ thí nghiệm với 
máy tính thông qua bluetooth, sau đó có thể đo đạc và quan sát được đặc tuyến Volt-
Ampere thông qua đồ thị được vẽ tự động bằng chương trình. Để đánh giá hoạt động và 
mức độ chính xác của bộ thí nghiệm, các linh kiện điện tử cụ thể là điện trở, diode, 
transistor được lần lượt đo đặc tuyến Volt-Ampere bởi bộ thí nghiệm này. 
3.2. Đo đặc tuyến Volt-Ampere của điện trở 
Thực hiện đo đặc tuyến Volt-Ampere của điện trở giá trị 150 trong khoảng từ 
0V đến 3.3V bằng bộ thí nghiệm và thu được kết quả như hình 9. 
Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 
92 
Hình 9. Đặc tuyến Volt-Ampere của điện trở 150 
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua điện 
trở là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ, nghiệm đúng định luật Ohm. Bằng cách khớp 
hàm đường thực nghiệm với đường thẳng có dạng Y = A + BX ta tính được giá trị điện 
trở thu được từ đường làm khớp này là R = 148.23083, độ lệch tương đối 1.1% so với 
giá trị thực tế. Qua đó có thể thấy bộ thí nghiệm cho kết quả với mức độ chính xác cao 
và đáng tin cậy. 
Tiếp tục thực hiện đo đặc tuyến Volt-Ampere để suy ra giá trị của một số điện trở 
có giá trị khác nhau, kết quả được trình bày trong bảng 1. 
Bảng 1. Kết quả đo đặc tuyến Volt-Ampere của một số điện trở 
STT Giá trị thực tế () Giá trị đo được () Độ lệch tương đối (%) 
1 33 27.74 15.94 
2 47 39.40 16.17 
3 100 97.68 2.32 
4 147 146.83 0.12 
5 200 204.32 2.16 
6 220 224.69 2.13 
7 330 348.07 5.48 
8 470 499.65 6.31 
9 680 719.08 5.74 
10 820 844.40 2.98 
11 1000 964.57 3.54 
Năm học 2016 - 2017 
93 
Kết quả bảng 1 thấy rằng, ở các điện trở có giá trị nhỏ hơn 100 thì gặp phải độ 
lệch tương đối lớn. Giá trị độ lệch này giảm dần ở các điện trở có trị số lớn hơn 100 
và độ lệch lớn nhất chỉ là 6.31%. Qua đó ta có thể kết luận rằng, bộ thí nghiệm có thể 
cho kết quả với độ chính xác cao ở các điện trở có trị số lớn nhưng cần phải hiệu chỉnh 
lại ở các điện trở có giá trị nhỏ hơn 100. 
3.3. Đo đặc tuyến Volt-Ampere của diode 
Đặc tuyến Volt-Ampere của diode trong khoảng 0V đến 0.7V được đo đạc bằng 
bộ thí nghiệm và cho kết quả như hình 10. 
Hình 10. Đặc tuyến Volt-Ampere của diode 
Kết quả thực nghiệm thu được phản ánh đúng dạng đặc tuyến Volt-Ampere của 
một diode điển hình. Từ đồ thị có thể suy ra được điện áp ngưỡng của diode là 
0.58VngU và điện trở của diode trong vùng tuyến tính là 8.68R  . 
3.4. Đặc tuyến Volt-Ampere của transistor 
Tiến hành đo đặc tuyến Volt-Ampere của transistor lưỡng cực NPN mã số C828A 
với dòng điện qua cực Base của transistor lần lượt là 0.2; 0.4; 0.6; 0.8mA thu được kết 
quả như hình 11. 
Kỉ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 
94 
Hình 11. Đặc tuyến Volt-Ampere của transistor NPN mã số C828A 
Đồ thị phản ánh đúng dạng đặc tuyến Volt-Ampere của một transistor NPN điển 
hình. Dòng điện bão hòa tương ứng với các dòng điện khác nhau qua cực Base của 
transistor lần lượt là 3.96; 11.87; 20.40; 29.30 mA. 
4. Kết luận 
Bộ thí nghiệm được thiết kế và chế tạo có khả năng đo đạc đặc tuyến Volt-
Ampere của một số linh kiện điện tử với độ chính xác cao, ổn định và đáng tin cậy. 
Cùng với khả năng đo đạc, xử lí số liệu nhanh, thao tác nhanh chóng, chương trình 
tương tác với người sử dụng trên máy vi tính đơn giản nhưng đầy đủ các chức năng cần 
thiết, bộ thí nghiệm này sẽ góp phần hỗ trợ cho công tác giảng dạy của người giáo viên. 
Tuy nhiên, bộ thí nghiệm cần được gia công mạch in, chế tạo mạch lắp đặt sao 
cho phục vụ tốt cho người sử dụng, hiệu chỉnh sao cho khả năng đo đặc tuyến của các 
điện trở có giá trị nhỏ có thể chính xác hơn. Nếu khắc phục được các nhược điểm trên, 
bộ thí nghiệm có thể được ứng dụng để dạy các tiết học trên lớp cũng như các tiết thực 
hành trong phòng thí nghiệm ở các trường trung học phổ thông. 
Năm học 2016 - 2017 
95 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Dương Xuân Quý (2010), “Vấn đề sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí trong trường 
phổ thông thực trạng và giải pháp”, Tạp chí Thiết bị giáo dục, số 61. 
2. Đỗ Thanh Hải, Ngô Thanh Hải (2003), Nguyên lí căn bản và ứng dụng mạch điện 
tử, Nxb Thanh niên. 
3. Martin P.Bates (2007), Programming 8-Bit PIC Microcontroller in C with 
interactive Hardware Simulation, www.newnespress.com. 
4. Lucio Di Jasio (2007), Programming 16-Bit PIC Microcontroller in C Learning to 
Fly the PIC24, New South Wales: Newnes. 
5. Microchip Technology (2003), Microchip PIC16F877A Data sheet 28/40/44-Pin 
enhanced flash Microcontrollers. 
6.  
7.  
8. https://www.scribd.com/doc/128811636/Datasheet-Bluetooth-Module-Hc05. 
9.