Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ ****    **** BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍNH Đề tài : 14 Thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng cổng nối tiếp Giáo viên: VŨ THỊ THU HƯƠNG Sinh viên thực hiện: Lê Đình Thảo Nguyễn Đăng Trang 1 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Mục Lục Lời nói đầu A. LÍ THUYẾT I. sơ lược họ 8051… a. Sơ lược 8051 b. Sơ lược 89S52 II. Động cơ một chiều…. a. Cấu tạo máy điện một chiều b. Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều III. Cổng Com …… IV. Phương pháp điều chế độ rộng xung điều khiển tốc độ động cơ (PWM) V. Tổng quan về visual basic…. B.MẠCH MÔ PHỎNG, CODE C.KẾT LUẬN 2 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Lời nói đầu Trong các ngành công nghiệp ,công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ,nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng. Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng , độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền ,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các robot… Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp,trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM.Trong đồ án của mình chúng em chúng em 89S52 để lập trinhd điều khiển động cơ một chiều DC 24V Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm bài tập lơn và cô Vũ thị Thu Hương đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em làm bài tập lớn. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm, chưa có kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều khiếm khuyết trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy góp ý và bổ sung thêm. Chúng em xin chân thành cảm ơn! A. LÍ THUYẾT 3 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính I) giới thiệu về vi điều khiển 8051 a. Sơ lược 8051 8051 ra đời năm 1981 do hãng Intel sản xuất. Họ điều khiển này có 128 byte RAM,4kbyte ROM,hai bộ đnh thời ,một cổng nối tiếp và 4 cổng ra\vào song song và là 1 bộ vi xử lý 8 bit. Sau khi Intel cho các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thể của 8051 thì họ 8051càng ngày càng phổ biến và ngày càng có nhiều phiên bản khác nhau của 8051 nhưng tất cả đều tương thích với 8051 ban đầu. Sau đây là bảng so sánh các họ khác nhau: 4 Số hiệu sản xuất Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ dữ liệu Số bộ định thời (bộ đếm) 8031 8051 8571 8951 8032 8052 8752 8952 0K 4K ROM 4K EPROM 4K FLASH 0K 8K ROM 8K EPROM 8K FLASH 128 BYTE 128 BYTE 128 BYTE 128 BYTE 256 BYTE 256 BYTE 256 BYTE 256 BYTE 2 2 2 2 3 3 3 3 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Chức năng các chân của họ 8051 1. Port 0 (P0.0 _ P0.7) Port 0 gồm 8 chân . Với chức năng xuất nhập dữ liệu ,ngoài ra Port 0 còn là bus đa hợp dữ liện và địa chỉ(AD0_AD7).Port 0 cũng nhận các byte mã khi lập trình Flas và xuất các byte mã khi kiểm tra chương trình .Chú y trong trường hợp này cần có thêm điện trở trước khi nối vào chân Port 0. 2. Port 1 (P1.0_P1.7) Cũng như Port 0 ,Port 1 cũng có 8 chân. Chức năng của Port 1 chỉ là xuất nhập dữ liệu .Port 1 cũng có thể xuất nhập theo bit và theo byte. 3. Port 2 Port 2 là port 8 bit ,cũng có chức năng xuất nhập dữ liệu như 2 port trên.Khi làm nhiệm vụ là port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động của bên ngoài sẽ cấp dòng do các điện trở kéo lên từ bên trong .Port 2 tạo ra byte cao của bus điạ chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit. Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trông thời gian lập trình Flash và kiểm tra chương trình. 4. Port 3 Cũng là port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra port 3 còn có các chức năng khác cụ thể như sau: 5 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Bit Tên Chức năng P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của timer/counter0 P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter1 P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài 5. RST Khi tín hiệu vào chân này được đưa lên mức cao ( trong ít 2 chu kỳ),các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải lên nhưng giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. 6. Chân /PSEN PSEN(program store enable) là chân đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài ./PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức caoChân này được kích hoạt 2 lần mỗi chu kỳ máy và hai hoạt đông này sẽ được bỏ qua khi truy cập bộ nhớ ngoài . 7. Chân ALE ALE(address latch enable) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy cập bộ nhớ ngoài .Đây cũng là chân truy cập xung lập trình khyi lập trình Flash.Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với một tỷ lệ không đổi 1/6 tần số dao đông của vi điều khiển .Tuy nhiên chân này cũng sẽ bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ ngoài . 8. Chân EA 6 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính EA(external access) là chân cho phép chọn bộ nhớ trong hay bộ nhớ ngoài của vi điều khiển .Khi EA ở mức tích cực cao(nối với VCC) thì vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội,ngược lại(nối với GND) thì vi điều khiển thi hành bộ nhớ ngoài. 9. XTAL1 và XTAL2 Đây là 2 ngỏ vào và ra của 1 bộ khuyếch đại dao động nghịch được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với bộ dao đông thạch anh có dải tần thường là 12MHz-33MHz. 10. Vcc và GND Đây là 2 chân dùng để cấp nguồn cho IC, dải điện áp thích hợp là 4- 5V.Với Vcc nối với dương nguồn ,GND nối với âm nguồn b, Sơ lược về Vi điều khiển AT89S52. 1). Cấu tạo. AT89S52 là Vi Điều Khiển có 8 Kbyte ROM, 253 byte RAM, 3 bộ định thời, 1 cổng nối tiếp, 6 nguồn ngắt, bộ nạp ISP tích hợp và 32 chân vào ra. Dạng phổ biến của AT89S52 là đóng gói sạng DIP 40 chân. Dưới 7 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính đây là sơ đồ khối và chức năng của AT89S52. 8 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Hình 1: Sơ đồ khối của AT89S52 Sơ đồ chân và chức năng các chân của AT89S52 như sau: Hình 2: Sơ đồ chân của AT89S52  VCC (chân 40): Chân cấp nguồn.  GND (chân 20: Chân nối đất.  Port 0 (chân 32 ÷ 39): Port 0 là một port xuất/nhập song 8 bit. Ngoài ra, Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu (phần byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình ngoài. Ở chế độ này, P0 có các điện trở pullup bên trong. Khi xuất dữ liệu, P0 cần có các điện trở pullup.  Port 1 (chân 1 ÷ 8): Port 1 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong. Port 1 có thể xuất nhập theo bit hoặc theo byte. Ba chân P1.5 P1.6 P1.7 dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP. Còn chân P1.0 và P1.1 dùng cho bộ Timer 2. 9 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính  Port 2 (chân 21 ÷28: Port 2 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong. Đồng thời, P2 còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộ nhớ ngoài.  Port 3 (chân 10 ÷17): Port 3 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup nội bên trong. Ngoài chức năng xuất nhập, các chân của P3 còn có các chức năng đặc trưng đặc biệt như được liệt kê dưới đây: Bảng 1: Các chức năng chuyển đổi trên Port 3 Chân Tên Các chức năng chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD Port nhập tiếp nối Port xuất tiếp nốt Ngắt không bên ngoài Ngắt một bên ngoài Ngõ vào Timer/Counter 0 Ngõ vào Timer/Counter 1 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngòai  RST (chân 9): Ngõ vào reset. Một mức cao trên chân này khoảng hai chu kỳ máy trong khi bộ dao động đang chạy sẽ reset thiết bị.  ALE/PROG: ALE là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi điều khiển. Tín hiệu ALE được dùng để cho phép mạch chốt bên ngoài chốt byte địa chỉ thấp ra khỏi bus đa hợp địa chỉ/ dữ liệu (P0).  PSEN (Program Store Enable): là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối với chân OE của ROM ngoài. PSEN ở mức thấp khi đọc mã lệnh. Dữ liệu đọc vào qua cổng P0, khi thực hiện chương trình trong ROM nội, thì PSEN ở mức cao  EA/Vpp: EA (External Access Enable) là tín hiệu cho phép chọn bộ nhớ là bộ nhớ trong hay ngoài vi điều khiển. Nếu ở mức cao (nối Vcc) thì vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội. Nếu ở mức thấp (nối GND) thì vi điều khiển thi hành chương trình ở bộ nhớ ngoài.  XTAL1 và XTAL2 (chân 18 và 19): AT89S52 có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối với bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, hoặc 12MHz. 2). Kiểu dữ liệu và hàm sử dụng trong bản thiết kế. 10 [...]... Phương pháp điều chế độ rộng xung điều khiển tốc độ động cơ (PWM) Điều khiển tốc độ động cơ là một kĩ thuật hết sức quan trọng trong các ứng dụng của động cơ Kĩ thuật này giúp bạn có thể điều khiển đ ộ n g c ơ của mình chạy nhanh chậm tuỳ ý a) có hai cách tạo xung có độ rộng thay đổi bằng VĐK Cách 1: Như các bạn điều khiển nhấp nháy 1 con led, đó là tạo ra 1 xung trên 1 chân của vi điều khiển, những... là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn gọi là tốc độ bit Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây hay số bit truyền được trong thời gian 1 giây Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau ( Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ. .. tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được truyền còn tôc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền.Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là phải đồng nhất Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800,... b,Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều 14 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển động Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ nói chung Về động cơ một chiều : Từ trường trong động cơ tạo ra từ các... giá trị là 0x09 II _ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU _ a Cấu tạo máy điện một chiều Sau đây là một số sơ đồ của máy điện 1 chiều: Sơ đồ của một máy điện 1 chiều với bộ phận kích từ song song 12 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Mạch từ của một máy điện 2 cực Cuộn dây kích từ trên một cực từ Cấu tạo cổ góp 13 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Cấu tạo chổi than Máy điện một chiều cơ bản gồm 2 phần mạch... 56000, 115200 … Trong thiết bị họ 19 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính thường dùng tốc độ là 19200 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit Do vậy, nếu tốc độ bit càng cao thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ Điều này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền c)... thì Timer 0 hoạt động theo kiểu định khoảng thời gian còn nếu bằng 1 thì hoạt động theo kiểu đếm sự kiện Hai bit còn lại là bit 1 và bit 0 (M1 và M0) dùng để chọn chế độ hoạt động của Timer 0 là chế độ 13 bit (chế độ 0) hoặc 16 bit (chế độ 1) hay 8 bit tự nạp lại (chế độ 2) hay tách Timer (chế độ 3) Ví dụ ta cho Timer 0 chỉ định khoảng thời gian khi INT ở mức cao và đếm tới 10.000 (chế độ 16 bit) thì... Với 10 cấp tốc độ, tức là bạn phải tạo ra được xung 10%, 20%, 30%, 40%, …, 90%, 100% Khoảng thời gian xung kéo dài 5V là T1 Xung 10% tức là T1/ T= 10%=1/10 Xung 20% T2/T=2/10…PWM(Thay đổi độ rộng xung) - Xung PWM: Đưa ra mở transitor, xung với độ rộng lớn hơn transitor sẽ mở lâu hơn động cơ sẽ quay nhanh hơn,dĩ nhiên không tuyến tính Không có xung động cơ sẽ không quay, có xung 100% động cơ sẽ quay... xung đó có độ rộng cố định, 20 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính tần số lớn, cách bạn có thể điều chỉnh lại hàm delay để tần số của nó đúng 1 Khz Tuy nhiên vì là dùng hàm delay nên trong thời gian có xung lên 1(5V) và thời gian không có xung(0V) vi điều khiển không làm gì cả, hơn nữa tạo xung bằng việc delay mà các bạn có nhu cầu cần 2 bộ phát xung của 2 kênh, có cùng tần số mà khác độ rộng xung... không quay, có xung 100% động cơ sẽ quay max.Tuy nhiên xung phải lớn hơn 1 mức nào đó thì mới đủ khởi động cho động cơ Các đặc tính này các bạn tham khảo trong giáo trình về máy điện, khí cụ điện, nếu các bạn cần thông số chính xác 21 Báo cáo đo lường và điều khiển máy tính Để có thể thay đổi 10 cấp tốc độ với chu kì 1000uS, ta khởi tạo cho ngắt timer: 100 uS ngắt 1 lần III) tổng quan về visual basic . pháp điều chế độ rộng xung điều khiển tốc độ động cơ (PWM) Điều khiển tốc độ động cơ là một kĩ thuật hết sức quan trọng trong các ứng dụng của động cơ. phải có tốc độ như nhau ( Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền