ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 4 LUẬN VĂN Điều khiển thiết bị điện qua máy vi tính ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 5 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, khi công nghiệp ngày càng phát triển thì nhu cầu điều khiển được đặt lên hàng đầu. Xuất phát từ nhu cầu đó điện tử tự động hoá ra đời và nó đã được xếp trong nhóm 5 ngành khoa học công nghệ hàng đầu vì những ứng dụng rộng rãi của nó. Song song với sự ra đời của điện tử tự động hoá là sự ra đời và cải tiến không ngừng của máy tính. Từ những chiếc máy tính đời đầu chỉ thực hiện những phép tính đơn giản ngày nay máy tính có tốc độ xử lý rất cao, nó có thể xử lý hàng tỉ phép tính phức tạp trong vòng một giây. Để khai thác được những ưu điểm đó điện tử tự động hoá đã có sự bắt tay với máy vi tính. Nhờ có máy vi tính mà chúng ta có thể làm được nhiều công việc mà không phải tốn nhiều công sức. Xuất phát từ thực tế đó, bằng những kiến thức đã được học và sự giúp đở của thầy cô, em đã quyết định tìm hiểu về đề tài “điều khiển thiết bị điện qua máy vi tính”. II. TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI - Đây là một đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn trong việc vận dụng các kiến thức đã được học dưới mái trường Cao Đẳng vào trong thực tế. - Về mặt khoa học, đề tài sẽ giúp cho nhóm sinh viên thực hiện hiểu rõ thêm về Truyền dữ liệu điều khiển và Cách điều khiển mạch điện thông qua máy tính. - Về mặt thực tiễn, đề tài này có thể áp dụng vào thực tế để điều khiển một số thiết bị trong nhà như đèn điện, quạt máy v v III. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và kiến thức còn hạn chế nên nhóm sinh viên thực hiện đã đưa ra những giới hạn sau: 1. Điều khiển cùng lúc tối đa 10 thiết bị. 2. Mạch phải hoạt động tốt không bị nhiễu trên đường truyền tín hiệu 3. Mạch phải chạy ổn định trong quá trình làm việc IV. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Khi bắt tay vào thực hiện đề tài này, nhóm thực hiện mong muốn rằng sản phẩm của đề tài phải được ứng dụng. Và đặc biệt, đối với nhóm nghiên cứu đây là điều kiện, cơ hội, cách thức để củng cố, bổ sung và ứng dụng những gì đã được lĩnh hội được trong lý thuyết cũng như thực tập. Từ đó sử dụng và ứng dụng nó nhằm đáp ứng cho nhu cầu thực tế. Đây chính là những tiền đề đầu tiên để mỗi thành viên trong nhóm có được một số kiến thức chuyên ngành nhất định, làm hành trang cho công việc sau này. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 6 V. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của đề tài này chính là: ► Cách thức giao tiếp giữa mạch đo và máy tính. ► Cách thức giao tiếp giữa mạch đo và mạch điều khiển. ► Cách lập trình cho vi điều khiển để cho dữ liệu có thể thu, phát liên tục mà không bị ngắt quãng. ► Cách cân chỉnh mạch đo, đảm bảo độ chính xác của mạch đo. VI. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 1. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu, nhóm sinh viên thực hiện chủ yếu dựa vào hai phương pháp chính: - Phương pháp tham khảo tài liệu: Thu thập các tài liệu liên quan đến giao tiếp máy tính, Truyền số liệu, Kỹ thuật mạch điện tử, Thiết kế mạch điện tử và Phương pháp nghiên cứu khoa học. Sau đó, nhóm sinh viên vận dụng các kiến thức hiện có để tổng hợp các tài liệu, sau cùng thiết kế ra mạch điện phù hợp với các yêu cầu mà ban đầu nhóm đã đề ra. - Phương pháp quan sát và thực nghiệm: Sau khi đã có mạch theo tính toán lý thuyết, nhóm sinh viên thực hiện đã thi công mạch thực tế theo đúng sơ đồ nguyên lý đã vạch ra. Do không có các thiết bị đo chuyên dụng thích hợp, nhóm sinh viên thực hiện đã cân chỉnh thủ công từng khối, đo điện áp và dòng điện ngõ ra của chúng. Sau đó, nhóm đã sử dụng kết quả cân chỉnh này để điều chỉnh lại lý thuyết một cách hợp lý. 2. Phương tiện nghiên cứu a. Các tài liệu liên quan đến đề tài. b. Bộ nguồn ổn áp tuyến tính 5V, ±12V. c. Đồng hồ đo VOM kim và số. d. Máy tính ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 7 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 8 Đồ án tốt nghiệp thực chất là một quá trình nghiên cứu khoa học - quá trình nhận thức và hành động. Quá trình này đòi hỏi phải có thời gian nhất định tương xứng với nội dung của đối tượng nghiên cứu và tính chất phức tạp của vấn đề nghiên cứu. Việc nghiên cứu khoa học giúp ta tìm ra cái mới. Cái mới ở đây không những mang tính chủ quan của người nghiên cứu mà còn mang tính khách quan đối với xã hội. Nghiên cứu khoa học phải nhằm mục đích phục vụ xã hội, đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Hoạt động nghiên cứu khoa học muốn đạt kết quả tốt phải hội đủ các yếu tố: phương tiện, phương pháp, cơ sở vật chất, máy móc thiết bị, hình thức tổ chức. Các yếu tố này có mối quan hệ hữu cơ và phù hợp với đối tượng nghiên cứu. Các cơ sở cho việc nghiên cứu đề tài: I. KIẾN THỨC VÀ NĂNG LỰC NGƯỜI NGHIÊN CỨU Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài người nghiên cứu cần phải cân nhắc kỹ độ khó và độ phức tạp của đề tài sao cho phù hợp với khả năng, kiến thức và năng lực của người nghiên cứu. Độ phức tạp của đề tài thể hiện ở các mặt: lĩnh vực nghiên cứu rộng hay hẹp, ở một ngành hay liên ngành, đối tượng nghiên cứu là đồng nhất hay không đồng nhất. Tuy nhiên cần lưu ý rằng giá trị của đề tài không phụ thuộc vào độ phức tạp của nó. Đề tài hẹp chưa hẳn là đề tài kém giá trị. Mỗi đề tài nghiên cứu khoa học có một phạm vi nhất định, phạm vi này càng hẹp thì sự nghiên cứu càng sâu. Độ khó của đề tài nói lên tính vừa sức đối với người nghiên cứu. Do đó độ phức tạp của đề tài thường có mối liên hệ tương hỗ với độ khó của nó. Kiến thức của người nghiên cứu (đây là điều kiện chủ quan ở người nghiên cứu). Trước hết đó là kiến thức, kinh nghiệm của người nghiên cứu. Người nghiên cứu phải thể hiện năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm việc nắm vững lý thuyết cơ bản của khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu của mình, nắm được mức độ nhất định về sự phát triển và tiến bộ thuộc lĩnh vực nghiên cứu có như thế mới chọn được đề tài có giá trị. Trong tình hình tiến bộ của khoa học kỹ thuậthiện nay trên thế giới, khối lượng thông tin khoa học gia tăng với qui mô lớn và nhịp độ nhanh đòi hỏi người nghiên cứu phải tham khảo tài liệu nước ngoài.Để thực hiện được vấn đề này người nghiên cứu khoa học cần có số vốn ngoại ngữ nhất định. II. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN Người nghiên cứu phải coi thực tiễn làm cơ sở, là động lực của nhận thức. Angel viết: “Khi xã hội có những yêu cầu kỹ thuật thì xã hội thúc đẩy khoa học hơn mười trường đại học”. Mặt khác thực tiễn cũng là tiêu chuẩn để kiểm tra nhận thức . ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 9 Thực tế là những sự việc có thật, những tình hình cụ thể, những vấn đề đã hoặc chưa được giải quyết trong cuộc sống. Người nghiên cứu với kinh nghiệm bản thân trong công tác hàng ngày thường thấy được các mặt của vấn đề, các mối quan hệ phức tạp, các diễn biến, phương hướng phát triển của sự vật từ đó có định hướng thích hợp giải quyết đề tài. Chính thực tiễn giúp người nghiên cứu tìm thấy vấn đề một cách cụ thể. Người nghiên cứu phải xem thực tiễn cao hơn nhận thức (lý luận) vì nó có ưu điểm không những có tính phổ biến mà còn có tính hiện thực trực tiếp. Hồ Chủ Tịch cũng đã dạy: “Học tập thì theo nguyên tắc: kinh nghiệm và thực tiễn phải đi cùng nhau”. Đề tài thực hiện mang tính thực tiễn, nội dung của đề tài là có thật, phát triển từ thực tế khách quan. Có thể nói hầu như mọi công trình nghiên cứu điều có giá trị thực tế của nó, chỉ khác nhau ở mức độ ít nhiều, phục vụ trước mắt hay lâu dài, gián tiếp hay trực tiếp. III. TÁC ĐỘNG CỦA ĐIỀU KIỆN KHÁCH QUAN ĐẾN VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài người nghiên cứu là yếu tố chủ quan góp phần quan trọng đến kết quả còn đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu kể cả phương tiện ngiên cứu, thời gian nghiên cứu cùng những người cộng tác nghiên cứu và người hướng dẫn nghiên cứu là những điều kiện khách quan ảnh hưởng trực tiếp đến việc nghiên cứu và kết quả nghiên cứu. Người nghiên cứu càng nắm chắc các yếu tố khách quan đó bao nhiêu thì kết quả nghiên cứu càng được khẳng định bấy nhiêu. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 10 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 11 I. CẤU TẠO VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1. Tóm tắt phần cứng họ MCS-51 (8051) MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng INTEL sản xuất. Các IC tiêu biểu cho họ là 8031, 8051, 8951… Những đặc điểm chính và nguyên tắc hoạt động của các bộ vi điều khiển này khác nhau không nhiều. Khi đã sử dụng thành thạo một vi điều khiển thì ta có thể nhanh chóng vận dụng kinh nghiệm để làm quen và làm chủ các ứng dụng của bộ vi điều khiển khác. Vì vậy để có những hiểu biết cụ thể về các bộ vi điều khiển cũng như để phục vụ cho đề tài này ta bắt đầu tìm hiểu một bộ vi điều khiển thông dụng nhất, đó là họ MCS- 51 và nếu như họ MCS-51 là họ điển hình thì 8051 lại chính là đại diện tiêu biểu. Các đặc điểm của 8051 được tóm tắt như sau:  4 KB ROM bên trong  128 Byte RAM nội.  4 port xuất/nhập I/O 8 bit.  Giao tiếp nối tiếp.  64 KB vùng nhớ mã ngoài.  64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài.  Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)  210 vị trí nhớ có thể định vị bit  4µs cho hoạt động nhân hoặc chia. Loại Bộ nhớ mã trên Chip Bộ nhớ dữ liệu trên Chip Số Timer 8051 4K ROM 128 Byte 2 8031 0K ROM 128 Byte 2 8751 4K ROM 128 Byte 2 8052 8K ROM 256 Byte 2 8032 0K ROM 256 Byte 2 8752 8K EPROM 256 Byte 2 B ả ng mô t ả s ự khác nhau c ủ a các IC trong h ọ MCS - 51 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 12 2. Một số thanh ghi chức năng đặc biệt trong vi điều khiển 8051. a. Các thanh ghi Port (Port Register): Các port 0, port 1,port2, port 3 có địa chỉ tương ứng 80H, 90H, A0H, B0H. Các Port 0, Port 1, Port 2, Port 3 không còn tác dụng xuất nhập nữa nếu bộ nhớ ngoài được dùng hoặc một vài tính chất đặc biệt của 8051 được dùng (như Interupt, Port nối tiếp…). Do vậy chỉ còn có tác dụng xuất nhập I/O. b. Các thanh ghi Timer (Timer Register): 8051 có 2 bộ định thời/đếm16 bit, được dùng cho việc định thì hoặc đêm sự kiện. Timer 0 có bit thấp TL0 ở địa chỉ 8AH và có bit cao TH0 ở địa chỉ 8CH. Timer 1 có bit thấp ở địa chỉ 8BH và bit cao TH1 ở địa chỉ 8DH. Hoạt động định thời được cho phép bởi thanh ghi mode định thời TMOD (Timer Mode Register). Ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển định thời TCON (Timer Control Registor) ở địa chỉ 88H chỉ có TCON có bit định vị. c. Các thanh ghi Port nối tiếp (Serial Port Register): 8051 chứa một Port nối tiếp trên Chip cho việc truyền thông tin với những thiết bị nối tiếp như là những thiết bị đầu cuối, modem, hoặc để giao tiếp IC khác với những bộ biến đổi A/D, những thanh ghi di chuyển, RAM…Thanh ghi đệm dữ liệu nối tiếp SBUF ở địa chỉ 99H giữ cả dữ liệu phát lẫn dữ liệu thu. Việc ghi lên SBUF để LOAD dữ liệu cho việc truyền và đọc SBUF để truy xuất dữ liệu cho việc nhận những mode hoạt động khác nhau được lập trình thông qua thanh ghi điều khiển Port nối tiếp SCON. d. Các thanh ghi ngắt (Interupt Register): 8051 có hai cấu trúc ngắt ưu tiên, 5 bộ nguồn . Những Interupt bị mất tác dụng sau khi hệ thống Reset (bị cấm) và sau đó được cho phép bởi việc cho phép ghi lên thanh ghi cho phép ngắt IE (Interupt Enable Register) ở địa chỉ A8H. Mức ưu tiên được đặt vào thanh ghi ưu tiên ngẳt IP (Interupt Priority Level) tại địa chỉ B8H. Cả 2 thanh ghi trên đều có bit địa chỉ. 3. Tóm tắt tập lệnh của 8051 Các chương trình được cấu tạo từ nhiều lệnh, chúng được xây dựng logic, sự nối tiếp của các lệnh được nghĩ ra một cách hiệu quả và nhanh, kết quả của chương trình thì khả quan. Tập lệnh họ MCS-51 được sự kiểm tra của các mode định vị và các lệnh của chúng có các Opcode 8 bit. Điều này cung cấp khả năng 2 8 = 256 lệnh được thi hành và một lệnh không ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 13 được định nghĩa. Vài lệnh có 1 hoặc 2 byte bởi dữ liệu hoặc địa chỉ thêm vào Opcode. Trong toàn bộ các lệnh có 139 lệnh 1 byte, 92 lệnh 2 byte và 24 lệnh 3 byte. 8051chia ra 5 nhóm chính:  Các lệnh số học.  Lệnh logic.  Lệnh dịch chuyển dữ liệu.  Lệnh luận lý.  Lệnh rẽ nhánh chương trình.  Các lệnh số học ADD A, <src,byte> SUBB A, <src, byte> INC <byte> DEC <byte> MUL AB : (A)  LOW [(A) x (B)]; có ảnh hưởng cờ OV : (B)  HIGH [(A) x (B)]; cờ Carry được xoá DIV AB : (A)  Integer result of [(A) / (B)]; cờ OV : (B)  Remainder of [(A) / (B)]; cờ Carry xoá  Các lệnh logic: Tất cả các lệnh logic sử dụng thanh ghi A như là một trong những toán hạng thực thi một chu kì máy, ngoài A mất 2 chu kì máy. Những hoạt động logic có thể được thực hiện trên bất kì byte nào trong vị trí nhớ dữ liệu nội mà không thông qua thanh ghi A. Các hoạt động logic được tóm tắt như sau: ANL <dest-byte>,<src-byte> ORL <dest-byte><src-byte> XRL <dest-byte>,<src-byte> RL A : Quay thanh ghi A qua trái 1 bit RLC A : Quay vòng thanh ghi A qua trái 1 bit có cờ carry RR A : Quay thanh A ghi sang phải 1 bit RRC A : Quay thanh ghi A sang phải 1 bit có cờ nhớ  Các lệnh rẽ nhánh: [...]... từ thiết bị ngoại vi và điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống một cách tự động theo chương trình mà con người định sẳn Máy tính giao tiếp với các thiết bị ngoại vi theo các cách sau: - Giao tiếp máy tính qua cổng song song (LPT) - Giao tiếp máy tính qua cổng nối tiếp (COM) 1 Giao tiếp qua rãnh cắm của máy tính (Slot Card) Giao tiếp máy tính qua cổng USB Giao tiếp qua rãnh cắm (Slot) Trong máy. .. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH 1 PHÂN TÍCH CƠ CỞ GIAO TIẾP MÁY TÍNH Máy tính là thiết bị trợ giúp đặc biệt cho con người ở các lĩnh vực văn phòng, đồ hoạ, lập trình.v.v Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy tính trở nên rất cần thiết và hữu ích Chính vậy, máy tính được đưa vào ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật Những ứng dụng mạnh nhất của máy tính. .. ActiveX MsComm được bổ sung vào một Visual Basic Project thông qua menu Project > Components: SVTH : Phạm Ngọc Dũng- Đặng Văn Trung Trang 36 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Biểu tượng của MsComm: và các thuộc tính cơ bản mô tả như sau: SVTH : Phạm Ngọc Dũng- Đặng Văn Trung Trang 37 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH b Các thuộc tính - Settings: Xác định các tham số cho cổng nối tiếp Cú pháp:... ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Các chân và đường dẫn được mô tả như sau: Chức năng các chân của cổng song song Do cổng máy in có 5 đường dẫn lối vào, nhờ vậy mà vi c bắt tay giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi được thực hiện Trong 17 đường dẫn tín hiệu thì có 5 vào, vì vậy vi c bắt tay giữa máy tính và máy in được thực hiện, chẳng hạn như khi máy in không còn đủ chỗ trống trong bộ nhớ thì nó đưa đến máy tính. .. của máy tính Giao tiếp qua Slot giới hạn khoảng cách làm vi c 2 Giao tiếp qua cổng song song (LPT) Vài nét cơ bản về cổng ghép nối máy in (cổng song song) Cổng máy in hay thường gọi là giao diện Centronics, vi c nối với cổng máy in, máy tính được thực hiện thông qua ổ cắm 25 chân ở phía sau máy tính Nhưng đây không chỉ là chỗ nối với máy in mà khi sử dụng vào mục đích đo lường và điều khiển thì vi c... thiết bị trong lúc máy tính đang làm vi c - Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment) DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Vi c trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền)... điều khiển : có địa chỉ là 37AH Thanh ghi điều khiển( control register, địa chỉ = địa chỉ cơ bản + 2 Thanh ghi điều khiển SVTH : Phạm Ngọc Dũng- Đặng Văn Trung Trang 32 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Nhìn vào bảng công dụng các chân của cổng LPT1 và 3 thanh ghi của máy tính, ta thấy có thể sử dụng thanh ghi data là thanh ghi phát, có nhiệm vụ truyền dữ liệu ra ngoài, và thanh ghi điều khiển. .. Transmitted Data Trang 35 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH 4 Truyền thông nối tiếp dùng ActiveX a mô tả: Vi c truyền thông nối tiếp trên Windows được thực hiện thông qua một ActiveX có sẵn là Microsoft Comm Control ActiveX này dược lưu trữ trong file MSCOMM32.OCX Quá trình này có hai khả năng thực hiện điều khiển trao đổi thông tin: - Điều khiển sự kiện: Truyền thông điều khiển sự kiện là phương pháp... hiện qua ổ cắm này Qua cổng này dữ liệu được truyền đi song song, do vậy tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt đến mức đáng kể Tất cả các đường dẫn của cổng máy in đều tương thích với TTL Chính sự tương thích này giúp cho vi c giao tiếp trở nên đơn giản và dễ dàng hơn Nghĩa là chúng đều cung cấp mức điện áp nằm giữa 0V đến 5V SVTH : Phạm Ngọc Dũng- Đặng Văn Trung Trang 29 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH... thanh ghi dữ liệu gọi là địa chỉ cơ bản của cổng máy in Cổng máy in LPT1 có địa chỉ cơ bản là 378Hex và cổng LPT2 có địa chỉ cơ bản là 278Hex Địa chỉ thanh ghi dữ liệu với địa chỉ cơ bản của cổng máy in 378h Địa chỉ thanh ghi trạng thái là 379h SVTH : Phạm Ngọc Dũng- Đặng Văn Trung Trang 31 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Địa chỉ thanh ghi điều khiển là 37Ah - Thanh ghi dữ liệu: gồm có 8 bit . ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 4 LUẬN VĂN Điều khiển thiết bị điện qua máy vi tính . ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 10 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA MÁY VI TÍNH Trang 11