›
›

Luận văn Thiết kế xây dựng bộ đếm xung, ứng dụng đo tốc độđộng cơ trong hệ thống truyền động điện

pdf 63 trang phuongnguyen 2700
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế xây dựng bộ đếm xung, ứng dụng đo tốc độđộng cơ trong hệ thống truyền động điện", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_thiet_ke_xay_dung_bo_dem_xung_ung_dung_do_toc_dodon.pdf

Nội dung text: Luận văn Thiết kế xây dựng bộ đếm xung, ứng dụng đo tốc độđộng cơ trong hệ thống truyền động điện

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG Luận văn Thiết kế xây dựng bộ đếm xung, ứng dụng đo tốc độđộng cơ trong hệ thống truyền động điện
  2. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 . 2 1.Khái quát chung 2 2.Cấu trúc bên trong của 8051: 2 2.1.Chức năng các chân điều khiển 4 2.2. Các thanh ghi đặc biệt 7 2.2.1. Thanh ghi ACC:. 8 2.2.2. Thanh ghi B : 9 2.2.3. Thanh ghi SP:. 9 2.2.4. Thanh ghi DPTR:. 9 2.2.5. Ports 0 to 3: 9 2.2.6 Thanh ghi SBUF: 9 2.2.7. Các Thanh ghi Timer:. 10 2.2.8. Các thanh ghi điều khiển: 10 2.2.9. Thanh ghi PSW: 10 2.2.10. Thanh ghi PCON:. 11 2.2.11. Thanh ghi IE: 11 2.2.12. Thanh ghi IP: 12 2.2.13. Thanh ghi TCON : 12 2.2.14. Thanh ghi TMOD: 12 2.2.15. Thanh ghi SCON: 13 2.3. Khối tạo thời gian và bộ đếm (Timer/Counter). 14 2.4. Cơ chế ngắt trong On-chip AT89C51: 18 2.4.1. Phân loại ngắt trong On-chip: 18 2.4.2.Các bước thực hiện ngắt. 19 2.4.3. Mức ngắt ưu tiên trong on-chip: 20 2.4.4. Nguyên lý điều khiển ngắt của AT89: 20 2.5. Bảo vệ chƣơng trình. 23 2.6. Tra cứu nhanh tập lệnh của 8051 24
  3. CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 28 A.Giới thiệu phần tử 28 2.1.Chỉnh lƣu cầu một pha 28 2.2. IC tạo ổn áp 7805:( IC ổn áp 5v). 31 2.3.Ghép nối mạch cầu H và mạch khuyếch đại 32 2.4.Khối Reset: 36 2.5. Khối tạo xung dao động: 37 2.6. THIẾT KẾ MODULE LCD. 37 2.6.1. Giới thiệu 37 2.6.2. Mô tả chân của LCD 38 2.6.3. Tập lệnh của LCD. 39 42 2.7. ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 43 2.7.1 Giới thiệu. 43 2.7.2 Nguyên lý hoạt động. 43 2.8. IC 74HC245 43 2.8.1. Mô tả chung: 43 2.8.2. Sơ đồ chân: 44 2.8.3. Bảng hoạt động của IC 74HC245: 44 B.Phần cứng 46 2.9.Thiết kế mạch hoạt động cho AT89C51. 46 2.10. Thiết kế bộ nguồn. 47 49 CHƢƠNG 3:THIẾT KẾ PHẦN MỀM 50 50 51 12DVC(MOTO_12VDC) 51 54 55 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
  4. LỜI MỞ ĐẦU Ứng dụng vi xử lý trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển. Các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển dung vi sử lý đi kèm. Do đó khi thực hiện đồ án chúng em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới trong lĩnh vực điều khiển động cơ dùng vi sử lý. Với yêu cầu thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều theo phương pháp thay đổi độ rộng xung, chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế. Với hy vọng đồ án vi sử lý này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được trong thực tế nên chúng em đã cố gắng mô tả cụ thể, tính toán cụ thể các thông số của các sơ đồ mạch và viết các thông số ngay trên mạch. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế xây dựng bộ đếm xung, ứng dụng đo tốc độđộng cơ trong hệ thống truyền động điện” là kết quả trong quá trình học tập, tìm kiếm và tổng hợp tài liệu, lựa chọn, tính toán và trình bày một cách ngắn gọn súc tích, dễ hiểu nhất. Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu, tính toán không tránh được những nhận thức sai sót mong thầy cô và các bạn góp ý. Trong quá trình làm đồ án em được sự giúp đỡ tận tình của thầy NGUYỄN TRỌNG THẮNG về tài liệu, cách trình bày, cách tìm kiếm tài liệu, tính toán thiết kế để có được đồ án môn học thành công như mong muốn. Đề tài của em gồm 3 chương: - Chương 1: Giới thiệu về họ vi điều khiển 8051 - Chương 2: Thiết kế và thi công phần cứng - Chương 3: Thiết kế phần mềm Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Tạ Văn Luận 1
  5. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 1.Khái quát chung IC vi điều khiển 8051 thuộc họ MCS51 có đặc điểm sau: - 4kb ROM(được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8051) - 128 byte Ram - 4 port I/O 8 bit - 2 bộ định thời 16 bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 kb không gian bộ nhớ chương trình mở rộng - 64 kb không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - 1 bộ xử lí luận lí (thao tác trên các bit đơn) - 210 bit nhận địa chỉ hóa - bộ nhân / chia 4μs 2.Cấu trúc bên trong của 8051: Hình 2.1 : Sơ đồ khối 8051 2
  6. Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ xử lí trung tâm(CPU:central processing unit) bao gồm : - Thanh ghi tích lũy A - Thanh ghi tích lũy phụ B,dùng cho phép nhân và chia - Đơn vị logic học ( ALU : Arithmetic Logical Unit ) - Từ trạng thái chương trình ( PSW :Program Status Word ) - Bốn băng thanh ghi - Con trỏ ngăn xếp - Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình ,bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ giao động ,ngoài ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chương trình dang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong .Các nguồn ngắt có thể là : các biến cố ở bên ngoài ,sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như 1 bộ đếm. Các cổng ( port0,port1,port2,port3 ).Sử dụng vào mục đích điểu khiển.Ở cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để tra đổi với một bộ nhớ bên ngoài,hoặc để đấu nối giao diện nối tiếp,cũng như các đường ngắt dẫn ở bên ngoài Gia diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,làm việc độc lập với nhau.Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dải rộng và được ấn định bằng một bộ định thời. Trong vi điều khiển 8051 có 2 thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi: Bộ nhớ gồm có bộ nhớ ram và bộ nhớ rom(chỉ có ở 8031) dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí .Khi CPU lam việc nó lam thay đổi nội dung của các thanh ghi. 3
  7. 2.1.Chức năng các chân điều khiển Hình 2.1 sơ đồ chân 8051 a.port0 :là port có chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ (không dùng bộ nhớ mở rộng) có 2 chức năng nhu các đường I/O.Đối với các thiết kế cỡ lớn (với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giữa các bus. b.port1 : port1 là một port I/O trên các chân 1 – 8.các chân được kí hiệu p1.0,p1.1,p1.2 có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần.Port1 không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài . c.port2 : port2 là một port công cụ kép trên các chân 21 – 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. 4
  8. d.port3 : port3 là một port công cụ kép trên các chân 10 -17.các chân của port này có nhiều chức năng , các công cụ chuyển đổi có liên hệ với các tính đặc biệt của 8051 như ở bảng sau: e.Psen ( program store enable) : 8052 có 4 tín hiệu điều khiển PSEN là tín hiệu ra trên chân 29.Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE ( output enable ) của 1 EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh.Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh.Khi thi hành chương trình trong ROM nội (8051) PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao). f.Ale ( Address latch Enable ): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương tự với các thiết bị làm việc với các xử lí 8585, 8088 ,8086 , 8051 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênh bus địa chỉ và dữ liệu khi port0 được dùng trong chế độ chuyển đổi của nó : Vừa là bus dữ liệu vừa là bus thấp của địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ.Sau đó các đường port 0 dùng để xuất nhập dữ liệu trong nửa sau chu kỳ của bộ nhớ. Các xung tín hệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chíp và có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống.nếu xung trên 8051 là 12MHz thì 5
  9. ALE có tần số 2MHz.Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh MOVX, 1 xung ALE sẽ bị mất.Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8051. g.Ea ( External Access ) : Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao ( +5v) hoặc mức thấp ( GND) .Nếu ở mức cao ,8051 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp ( 4k) .Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng.Nếu EA được nối mức thấp bộ nhớ bên trong,chương trình 8051 sẽ bị cấm và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng. Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 12V khi lập trình cho EPROM trong 8051. h.Rst (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao ( trong ít nhất 2 chu kỳ máy ) ,các thanh ghi trong 8051 được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. 6
  10. i.Các ngõ vào bộ dao động trên chip : Như đã thấy trong các hình trên , 8051 có 1 bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với thạch anh giữa 2 chân 18 và 19.Các tụ giữa cũng cần thiết kế như đã vẽ.Tần số thạch anh thông thường là 12MHz. j.Các chân nguồn : Vcc: Cung cấp dương nguồn cho On-chip (+ 5V). GND: nối mát. 2.2. Các thanh ghi đặc biệt SFR đảm nhiệm các chức năng khác nhau trong On-chip. Chúng nằm ở RAM bên trong On-chip, chiếm vùng không gian nhớ 128 Byte được định địa chỉ từ 80h đến FFh. Cấu trúc của SFR bao gồm các chức năng thể hiện ở bảng 2.3 và bảng 2.4. Thanh Nộidung ghi MSB LSB IE EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 IP - - PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 PSW CY AC FO RS1 RS0 OV - P TMOD GATE C/(/T) M1 M0 GATE C/(/T M1 M0 ) TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI PCON SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL P1 T2 T2EX /SS MOS MISO SCK I P3 RXD TXD /INT /INT1 T0 T1 /WR /RD 0 Bảng 2.3. Chức năng riêng của từng thanh ghi trong SFR 7
  11. Symbol Name Address Reset Values * ACC Thanh ghi tích luỹ 0E0h 00000000b * B Thanh ghi B 0F0h 00000000b * PSW Từ trạng thái chương trình 0D0h 00000000b SP Con trỏ ngăn xếp 81h 00000111b DP0L Byte cao của con trỏ dữ liệu 0 82h 00000000b DP0H Byte thấp của con trỏ dữ liệu 0 83h 00000000b * P0 Cổng 0 80h 11111111b * P1 Cổng 1 90h 11111111b * P2 Cổng 2 0A0h 11111111b * P3 Cổng 3 0B0h 11111111b * IP TG điều khiển ngắt ưu tiên 0B8h xxx00000b * IE TG điều khiển cho phép ngắt 0A8h 0xx00000b TMOD Điều khiển kiểu Timer/Counter 89h 00000000b * TCON TG điều khiển Timer/Counter 88h 00000000b TH0 Byte cao của Timer/Counter 0 8Ch 00000000b TL0 Byte thấp của Timer/Counter 0 8Ah 00000000b TH1 Byte cao của Timer/Counter 1 8Dh 00000000b TL1 Byte thấp của Timer/Counter 1 8Bh 00000000b * SCON Serial Control 98h 00000000b SBUF Serial Data Buffer 99h indeterminate PCON Power Control 87h 0xxx0000b * : có thể định địa chỉ bit, x: không định nghĩa Bảng 2.4. Địa chỉ, ý nghĩa và giá trị của các SFR sau khi Reset 2.2.1. Thanh ghi ACC: là thanh ghi tích luỹ, dùng để lưu trữ các toán hạng và kết quả của phép tính. Thanh ghi ACC dài 8 bits. Trong các tập lệnh của On- chip, nó thường được quy ước đơn giản là A. 8
  12. 2.2.2. Thanh ghi B : Thanh ghi này được dùng khi thực hiện các phép toán nhân và chia. Đối với các lệnh khác, nó có thể xem như là thanh ghi đệm tạm thời. Thanh ghi B dài 8 bits. Nó thường được dùng chung với thanh ghi A trong các phép toán nhân hoặc chia. 2.2.3. Thanh ghi SP: Thanh ghi con trỏ ngăn xếp dài 8 bit. SP chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh của ngăn xếp. Giá trị của nó được tự động tăng lên khi thực hiện lệnh PUSH trước khi dữ liệu được lưu trữ trong ngăn xếp. SP sẽ tự động giảm xuống khi thực hiện lệnh POP. Ngăn xếp có thể đặt ở bất cứ nơi nào trong RAM on-chip, nhưng sau khi khởi động lại hệ thống thì con trỏ ngăn xếp mặc định sẽ trỏ tới địa chỉ khởi đầu là 07h, vì vậy ngăn xếp sẽ bắt đầu từ địa chỉ 08h. Ta cũng có thể định con trỏ ngăn xếp tại địa chỉ mong muốn bằng các lệnh di chuyển dữ liệu thông qua định địa chỉ tức thời. 2.2.4. Thanh ghi DPTR: Thanh ghi con trỏ dữ liệu (16 bit) bao gồm 1 thanh ghi byte cao (DPH-8bit) và 1 thanh ghi byte thấp (DPL-8bit). DPTR có thể được dùng như thanh ghi 16 bit hoặc 2 thanh ghi 8 bit độc lập. Thanh ghi này được dùng để truy cập RAM ngoài. 2.2.5. Ports 0 to 3: P0, P1, P2, P3 là các chốt của các cổng 0, 1, 2, 3 tương ứng. Mỗi chốt gồm 8 bit. Khi ghi mức logic 1 vào một bit của chốt, thì chân ra tương ứng của cổng ở mức logic cao. Còn khi ghi mức logic 0 vào mỗi bit của chốt thì chân ra tương ứng của cổng ở mức logic thấp. Khi các cổng đảm nhiệm chức năng như các đầu vào thì trạng thái bên ngoài của các chân cổng sẽ được giữ ở bit chốt tương ứng. Tất cả 4 cổng của on-chip đều là cổng I/O hai chiều, mỗi cổng đều có 8 chân ra, bên trong mỗi chốt bit có bộ “Pullup-tăng cường” do đó nâng cao khả năng nối ghép của cổng với tải (có thể giao tiếp với 4 đến 8 tải loại TTL). 2.2.6 Thanh ghi SBUF: Đệm dữ liệu nối tiếp gồm 2 thanh ghi riêng biệt, một thanh ghi đệm phát và một thanh ghi đệm thu. Khi dữ liệu được chuyển tới SBUF, nó sẽ đi vào bộ đệm phát, và được giữ ở đấy để chế biến thành dạng truyền tin nối tiếp. Khi dữ liệu được truyền đi từ SBUF, nó sẽ đi ra từ bộ đệm thu. 9
  13. 2.2.7. Các Thanh ghi Timer: Các đôi thanh ghi(TH0, TL0),(TH1, TL1) là các thanh ghi đếm 16 bit tương ứng với các bộ Timer/Counter 0 và 1. 2.2.8. Các thanh ghi điều khiển: Các thanh ghi chức năng đặc biệt: IP, IE, TMOD, TCON, SCON, và PCON bao gồm các bit trạng thái và điều khiển đối với hệ thống ngắt, các bộ Timer/Counter và cổng nối tiếp. Chúng sẽ được mô tả ở phần sau. 2.2.9. Thanh ghi PSW: Từ trạng thái chương trình dùng để chứa thông tin về trạng thái chương trình. PSW có độ dài 8 bit, mỗi bit đảm nhiệm một chức năng cụ thể. Thanh ghi này cho phép truy cập ở dạng mức bit. * CY: Cờ nhớ. Trong các phép toán số học, nếu có nhớ từ phép cộng bit 7 hoặc có số mượn mang đến bit 7 thì CY được đặt bằng 1. * AC: Cờ nhớ phụ (Đối với mã BCD). Khi cộng các giá trị BCD, nếu có một số nhớ được tạo ra từ bit 3 chuyển sang bit 4 thì AC được đặt bằng 1. Khi giá trị được cộng là BCD, lệnh cộng phải được thực hiện tiếp theo bởi lệnh DA A (hiệu chỉnh thập phân thanh chứa A) để đưa các kết quả lớn hơn 9 về giá trị đúng. * F0: Cờ 0 (Có hiệu lực với các mục đích chung của người sử dụng) * RS1: Bit 1 điều khiển chọn băng thanh ghi. * RS0: Bit 0 điều khiển chọn băng thanh ghi. Lưu ý: RS0, RS1 được đặt/xoá bằng phần mềm để xác định băng thanh ghi đang hoạt động (Chọn băng thanh ghi bằng cách đặt trạng thái cho 2 bit này) RS1 RS0 Bank 0 0 0 Bank 1 0 1 Bank 2 1 0 Bank 3 1 1 Bảng 2.5. Chọn băng thanh ghi * OV: Cờ tràn. Khi thực hiện các phép toán cộng hoặc trừ mà xuất hiện một tràn số học, thì OV được đặt bằng 1. Khi các số có dấu được cộng hoặc được trừ, phần mềm có thể kiểm tra OV để xác định xem kết quả có nằm trong tầm hay không. Với phép cộng các số không dấu, OV được bỏ qua. Kết quả lớn hơn +128 hoặc nhỏ hơn -127 sẽ đặt OV=1. 10
  14. * -: Bit dành cho người sử dụng tự định nghĩa(Nếu cần). * P: Cờ chẵn lẻ. Được tự động đặt/ xoá bằng phần cứng trong mỗi chu trình lệnh để chỉ thị số chẵn hay lẻ của bit 1 trong thanh ghi tích luỹ. Số các bit 1 trong A cộng với bit P luôn luôn là số chẵn. 2.2.10. Thanh ghi PCON: Thanh ghi điều khiển nguồn. * SMOD: Bit tạo tốc độ Baud gấp đôi. Nếu Timer 1 được sử dụng để tạo tốc độ baud và SMOD=1, thì tốc độ Baud được tăng lên gấp đôi khi cổng truyền tin nối tiếp được dùng bởi các kiểu 1, 2 hoặc 3. * -: Không sử dụng, các bit này có thể được dùng ở các bộ VXL trong tương lai. Người sử dụng không được phép tự định nghĩa cho các bit này. * GF0, GF1: Cờ dùng cho các mục đích chung (đa mục đích). * PD: bit nguồn giảm. Đặt bit này ở mức tích cực để vận hành chế độ nguồn giảm trong AT89C51. Chỉ có thể ra khỏi chế độ bằng Reset. * IDL: bit chọn chế độ nghỉ. Đặt bit này ở mức tích cực để vận hành kiểu Idle (Chế độ không làm việc) trong AT89C51. Lưu ý: Nếu PD và IDL cùng được kích hoạt cùng 1 lúc ở mức tích cực, thì PD được ưu tiên thực hiện trước. Chỉ ra khỏi chế độ bằng 1 ngắt hoặc Reset lại hệ thống. 2.2.11. Thanh ghi IE: Thanh ghi cho phép ngắt * EA: Nếu EA=0, không cho phép bất cứ ngắt nào hoạt động. Nếu EA=1, mỗi nguồn ngắt riêng biệt được phép hoặc không được phép hoạt động bằng cách đặt hoặc xoá bit Enable của nó. * -: Không dùng, người sử dụng không nên định nghĩa cho Bit này, bởi vì nó có thể được dùng ở các bộ AT89 trong tương lai. * ET2: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt bộ Timer 2. * ES: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt cổng nối tiếp (SPI và UART). * ET1: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ Timer 1 * EX1: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 1. * ET0: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ Timer 0 * EX0: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 0. 11
  15. 2.2.12. Thanh ghi IP: Thanh ghi ưu tiên ngắt. * - : Không dùng, người sử dụng không nên ghi “1” vào các Bit này. * PT2: Xác định mức ưu tiên của ngắt Timer 2. * PS: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt cổng nối tiếp. * PT1: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt Timer 1. * PX1: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt ngoàI 1. * PT0: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt Timer 0. * PX0: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt ngoàI 0. 2.2.13. Thanh ghi TCON : Thanh ghi điều khiển bộ Timer/Counter * TF1: Cờ tràn Timer 1. Được đặt bởi phần cứng khi bộ Timer 1 tràn. Được xoá bởi phần cứng khi bộ vi xử lý hướng tới chương trình con phục vụ ngắt. * TR1: Bit điều khiển bộ Timer 1 hoạt động. Được đặt/xoá bởi phần mềm để điều khiển bộ Timer 1 ON/OFF * TF0: Cờ tràn Timer 0. Được đặt bởi phần cứng khi bộ Timer 0 tràn. Được xoá bởi phần cứng khi bộ vi xử lý hướng tới chương trình con phục vụ ngắt. * TR0: Bit điều khiển bộ Timer 0 hoạt động. Được đặt/xoá bởi phần mềm để điều khiển bộ Timer 0 ON/OFF. * IE1: Cờ ngắt ngoài 1. Được đặt bởi phần cứng khi sườn xung của ngắt ngoài 1 được phát hiện. Được xoá bởi phần cứng khi ngắt được xử lý. * IT1: Bit điều khiển ngắt 1 để tạo ra ngắt ngoài. Được đặt/xoá bởi phần mềm. * IE0: Cờ ngắt ngoài 0. Được đặt bởi phần cứng khi sườn xung của ngắt ngoài 0 được phát hiện. Được xoá bởi phần cứng khi ngắt được xử lý. * IT0: Bit điều khiển ngắt 0 để tạo ra ngắt ngoài. Được đặt/xoá bởi phần mềm. 2.2.14. Thanh ghi TMOD: Thanh ghi điều khiển kiểu Timer/Counter * GATE: Khi TRx được thiết lập và GATE=1, bộ TIMER/COUTERx hoạt động chỉ khi chân INTx ở mức cao. Khi GATE=0, TIMER/COUNTERx sẽ hoạt động chỉ khi TRx=1. * C/(/T): Bit này cho phép chọn chức năng là Timer hay Counter. - Bit này được xoá để thực hiện chức năng Timer - Bit này được đặt để thực hiện chức năng Counter 12
  16. * M0, M1: Bit chọn Mode, để xác định trạng thái và kiểu Timer/Counter: - M1=0, M0=0: Chọn kiểu bộ Timer 13 bit. Trong đó THx dài 8 bit, còn TLx dài 5 bit. - M1=0, M0=1: Chọn kiểu bộ Timer 16 bit. THx và TLx dài 16 bit được ghép tầng. - M1=1, M0=0: 8 bit Auto reload. Các thanh ghi tự động nạp lại mỗi khi bị tràn. Khi bộ Timer bị tràn, THx dài 8 bit được giữ nguyên giá trị, còn giá trị nạp lại được đưa vào TLx. - M1=1, M0=1: Kiểu phân chia bộ Timer. TL0 là 1 bộ Timer/Counter 8 bit, được điều khiển bằng các bit điều khiển bộ Timer 0, Còn TH0 chỉ là bộ Timer 8 bit, được điều khiển bằng các bit điều khiển Timer 1. - M1=1, M0=1: Timer/Counter 1 Stopped 2.2.15. Thanh ghi SCON: SCON là thanh ghi trạng thái và điều khiển cổng nối tiếp. Nó không những chứa các bit chọn chế độ, mà còn chứa bit dữ liệu thứ 9 dành cho việc truyền và nhận tin (TB8 và RB8) và chứa các bit ngắt cổng nối tiếp. * SM0, SM1: Là các bit cho phép chọn chế độ cho cổng truyền nối tiếp. SM0 SM1 Mode Đặc điểm Tốc độ Baud 0 0 0 Thanh ghi dịch Fosc /12 0 1 1 8 bit UART Có thể thay đổi (được đặt bởi bộ Timer) 1 0 2 9 bit UART Fosc /64 hoặc Fosc /32 1 1 3 9 bit UART Có thể thay đổi (được đặt bởi bộ Timer) Bảng 2.6. Chọn Mode trong SCON * SM2: Cho phép truyền tin đa xử lý, thể hiện ở Mode 2 và 3. ở chế độ 2 hoặc 3, nếu đặt SM2 = 1 thì RI sẽ không được kích hoạt nếu bit dữ liệu thứ 9 (RB8) nhận được giá trị bằng 0. ở Mode 1, nếu SM2=1 thì RI sẽ không được kích hoạt nếu bit dừng có hiệu lực đã không được nhận. ở chế độ 0, SM2 nên bằng 0 * REN: Cho phép nhận nối tiếp. Được đặt hoặc xoá bởi phần mềm để cho phép hoặc không cho phép nhận. 13
  17. * TB8: Là bit dữ liệu thứ 9 mà sẽ được truyền ở Mode 2 và 3. Được đặt hoặc xoá bởi phần mềm. * RB8: Là bit dữ liệu thứ 9 đã được nhận ở Mode 2 và 3. Ở Mode 1, nếu SM2=0 thì RB8 là bit dừng đã được nhận. Ở Mode 0, RB8 không được sử dụng. * TI: Cờ ngắt truyền. Được đặt bởi phần cứng tại cuối thời điểm của bit thứ 8 trong Mode 0, hoặc đầu thời điểm của bit dừng trong các Mode khác. Ở bất kỳ quá trình truyền nối tiếp nào, nó cũng phải được xoá bằng phần mềm. * RI: Cờ ngắt nhận. Được đặt bởi phần cứng tại cuối thời điểm của bit thứ 8 trong Mode 0, hoặc ở giữa thời điểm của bit dừng trong các Mode khác. Ở bất kỳ quá trình nhận nối tiếp nào (trừ trường hợp ngoại lệ, xem SM2), nó cũng phải được xoá bằng phần mềm. 2.3. Khối tạo thời gian và bộ đếm (Timer/Counter). On-chip AT89C51 có 2 thanh ghi Timer/Counter dài 16 bit, đó là: Timer 0 và Timer 1. Trong On-chip AT89C52, ngoài Timer 0 và Timer 1 nó còn có thêm bộ Timer 2. Cả 3 bộ Timer này đều có thể được điều khiển để thực hiện chức năng thời gian hay bộ đếm, thông qua thanh ghi TMOD. Khi thanh ghi Timer/Counter làm việc ở kiểu Timer, thì sau mỗi chu kỳ máy nội dung trong thanh ghi được gia tăng thêm 1 đơn vị. Vì vậy thanh ghi này đếm số chu kỳ máy. Một chu kỳ máy có 12 chu kỳ dao động, do đó tốc độ đếm của thanh ghi là 1/12 tần số dao động. Khi thanh ghi Timer/Counter làm việc ở kiểu Counter, xung nhịp bên ngoài được đưa vào để đếm ở T0 hoặc T1. Nội dung thanh ghi được tăng lên khi có sự chuyển trạng thái từ 1 về 0 tại chân đầu vào ngoài T0 hoặc T1. Xung nhịp ở các đầu vào ngoài được lấy mẫu tại thời điểm S5P2 của mỗi chu kỳ máy. Khi quá trình lấy mẫu phát hiện ra mức cao ở 1 chu kỳ và mức thấp ở chu kỳ tiếp theo, thì bộ đếm được tăng lên. Giá trị mới của bộ đếm xuất hiện trong thanh ghi tại thời điểm S3P1 của chu kỳ máy sau khi sự chuyển trạng thái đã được phát hiện. Vì vậy để nội dung của thanh ghi tăng lên 1 đơn vị phải mất 2 chu kỳ máy, nên tốc độ đếm tối đa là 1/24 tần số bộ dao động. Không có sự giới hạn số vòng thực hiện của tín hiệu ở đầu vào ngoài, nhưng nó sẽ giữ ít nhất 1 chu kỳ máy đầy đủ 14
  18. để đảm bảo chắc chắn rằng một mức đã cho được lấy mẫu ít nhất 1 lần nữa trước khi nó thay đổi. Do xung nhịp bên ngoài có tần số bất kỳ nên các bộ Timer (0 và 1) có 4 chế độ làm việc khác nhau để lựu chọn: (13 bit Timer, 16 bit Timer, 8 bit auto-reload, split Timer). Timer 0 và Timer 1: Trong AT89C51 và AT89C52 đều có các bộ Timer 0 và 1. Chức năng Timer hay Counter được chọn lựa bởi các bit điều khiển C/(/T) trong thanh ghi TMOD. Hai bộ Timer/Counter này có 4 chế độ hoạt động, được lựa chọn bởi cặp bit (M0, M1) trong TMOD. Chế độ 0, 1 và 2 giống nhau cho các chức năng Timer/Counter, nhưng chế độ 3 thì khác. Bốn chế độ hoạt động được mô tả như sau: + Chế độ 0: Cả 2 bộ Timer 0 và 1 ở chế độ 0 có cấu hình như một thanh ghi 13 bit, bao gồm 8 bit của thanh ghi THx và 5 bit thấp của TLx. 3 bit cao của TLx không xác định chắc chắn, nên được làm ngơ. Khi thanh ghi được xoá về 0, thì cờ ngắt thời gian TFx được thiết lập. Bộ Timer/Counter hoạt động khi bit điều khiển TRx được thiết lập (TRx=1) và, hoặc Gate trong TMOD bằng 0, hoặc /INTx=1. Nếu đặt GATE=1 thì cho phép điều khiển Timer/ Counter bằng đường vào ngoài /INTx, để dễ dàng xác định độ rộng xung. Khi hoạt động ở chức năng thời gian thì bit C/(/T)=0, do vậy xung nhịp từ bộ dao động nội, qua bộ chia tần cho ra tần số f=fosc/12 được đưa vào để đếm trong 15
  19. OS /1 C 2 C/ T=0 TL1 TH1 TF 1 5 bits 8 bits T1 PIN C/ Interrupt T=1 Control TR1 GATE Hinh 2.4: Chế độ 0 của Timer 1 /INT1 PIN thanh ghi Timer/Counter. Khi hoạt động ở chức năng bộ đếm thì bit C/(/T)=1, lúc đó xung nhịp ngoài đưa vào sẽ được đếm. + Chế độ 1: hoạt động tương tự như chế độ 0, chỉ khác là thanh ghi Timer/Counter được sử dụng cả 16 bit. Xung nhịp được dùng kết hợp với các thanh ghi thời gian byte thấp và byte cao (TH1 và TL1). Khi xung Clock được nhận, bộ Timer sẽ đếm tăng lên: 0000h, 0001h, 0002, Khi hiện tượng tràn xẩy ra, cờ tràn sẽ chuyển FFFFh về 0000h, và bộ Timer tiếp tục đếm. Cờ tràn của Timer 1 là bit TF1 ở trong TCON, nó được đọc hoặc ghi bởi phần mềm, xem hình 2.5 (Timer/Counter 1 Mode 1: 16 bit Counter). Timer Overlow TL1 TH1 TF1 Clock 8 bits 8 bits Flag Hinh 2.5: Chế độ 1 của Timer 1 16
  20. OSC /12 C/ T=0 TL1 TF 1 T1 PIN 8 bits Interrupt C/ T=1 Control TR1 Reload GATE TH1 /INT0 PIN 8 bits Hinh 2.6: Chế độ 2 của Timer 1 + Chế độ 2: Chế độ này của thanh ghi Timer cũng hoạt động tương tự như 2 chế độ trên, nhưng nó được tổ chức như bộ đếm 8 bit (TL1) với chế độ tự động nạp lại, như hình 2.6. Khi xẩy ra hiện tượng tràn ở TL1, không chỉ thiết lập bit TF1 mà còn tự động nạp lại cho TL1 bằng nội dung của TH1, đã được thiết lập bởi phần mềm. Quá trình nạp lại cho phép nội dung của TH1 không bị thay đổi. Chế độ 2 của Timer/Counter 0 cũng tương tự như Timer/Counter 1. + Chế độ 3: Ở chế độ này, chức năng Timer/Counter 0 và chức năng Timer/Counter 1 khác nhau. Bộ Timer 1 ở chế độ 3 chỉ chứa chức năng đếm của nó, kết quả giống khi đặt TR1=0. Bộ Timer 0 ở chế độ 3 thiết lập TH0, TL0 như là 2 bộ đếm riêng biệt. Mạch Logic đối với chế độ 3 của Timer 0 thể hiện ở hình 2.7. Bộ đếm TL0 được điều khiển bởi các bit: C/(/T), GATE, TR0, /INT0 và khi đếm tràn nó thiết lập cờ ngắt TF0. Bộ đếm TH0 chỉ được điều khiển bởi bit TR1, và khi đếm tràn nó thiết lập cờ ngắt TF1. Vậy, TH0 điều khiển ngắt Timer/Counter 1. Chế độ 3 thường được dùng khi yêu cầu cần có bộ thời gian hoặc bộ đếm ngoài 8 bit. Đối với Timer 0 ở chế độ 3, AT89C51 có thể có 3 bộ Timer/Counter, còn AT89C52 có thể có 4 bộ. Khi Timer 0 hoạt động ở chế độ 3, thì Timer 1 có thể được bật hoặc tắt bằng chuyển mạch ngoài. Ở chế độ này, Timer 1 có thể được sử dụng bởi cổng nối tiếp như một bộ tạo tốc độ Baud, hoặc trong bất kỳ ứng dụng nào mà không yêu cầu một ngắt. 17
  21. OS /1 C 2 C/ T=0 TL0 TF 0 8 bits T0 PIN C/ Interrupt T=1 Control TR0 GATE /INT0 PIN TH0 OS /1 TF1 8 bits C 2 Interrupt TR1 Control Hinh 2.7: Chế độ 3 của Timer 0 2.4. Cơ chế ngắt trong On-chip AT89C51: 2.4.1. Phân loại ngắt trong On-chip: Bộ AT89C51 có tất cả 5 Vectors ngắt bao gồm: 2 ngắt ngoài (/INT0 và /INT1), 2 ngắt của khối thời gian (Timer 0, 1), và ngắt cổng truyền tin nối tiếp. Mỗi nguồn ngắt có thể được kích hoạt hoặc không kích hoạt bằng cách đặt hoặc xoá Bit ở trong IE. IE cũng chứa bit có thể không cho tất cả các ngắt hoạt động EA (Nếu EA=0). Các ngắt ngoài có thể được kích hoạt theo mức hoặc theo sườn xung, tuỳ thuộc vào giá trị của các bit IT0, IT1 trong TCON. Ngắt ngoài có 2 cờ ngắt tương ứng là IE0, IE1 cũng nằm trong TCON. Khi một ngắt được thực hiện thì cờ ngắt tương ứng của nó bị xoá bằng phần cứng. Chương trình con phục vụ ngắt hoạt động chỉ khi ngắt được kích hoạt theo sườn xung. Nếu ngắt đựơc kích hoạt theo mức thì nguồn yêu cầu ngắt từ bên ngoài điều khiển cờ ngắt. 18
  22. Hình 2.17. Các nguồn ngắt của AT89C51 Các ngắt trong, với ngắt Timer/Counter 0, 1 được phát sinh bởi cờ ngắt TF0, TF1. Hai cờ ngắt này được thiết lập khi thanh ghi Timer/Counter thực hiện quay vòng, tại thời điểm S5P2 của chu trình máy. Khi một ngắt được thực hiện thì cờ ngắt tương ứng phát sinh ra ngắt sẽ bị xoá bằng phần cứng trong On-chip. Ngắt cổng nối tiếp được phát sinh bởi các ngắt RI, TI, SPIF thông qua phần tử Logic OR, khi chương trình con phục vụ ngắt được kích hoạt thì các cờ ngắt phát sinh tương ứng được xoá bằng phần mềm. Các ngắt trong có thể được phép hoặc không đuợc phép kích hoạt bằng cách đặt hoặc xoá một bit trong IE. 2.4.2.Các bước thực hiện ngắt. Theo đúng trình tự, để sử dụng các ngắt trong Flash Microcontroller, cần thực hiện các bước như sau: - Đặt bit EA ở trong IE mức logic 1. - Đặt bit cho phép ngắt tương ứng ở trong IE mức logic 1. - Bắt đầu chương trình con phục vụ ngắt tại địa chỉ của ngắt tương ứng đó. (Xem bảng địa chỉ Vector của các nguồn ngắt) 19
  23. Ngoài ra, đối với các ngắt ngoài, các chân /INT0, /INT1 phải được đặt mức 1. Và tuỳ thuộc vào ngắt được kích hoạt bằng mức hay sườn xung, mà các bit IT0, IT1 ở trong TCON có thể cần phải đặt mức 1. ITx=0: Kích hoạt bằng mức ITx=1: Kích hoạt bằng sườn xung. 2.4.3. Mức ngắt ưu tiên trong on-chip: Mỗi nguồn ngắt có thể được lập trình riêng cho 1 hoặc 2 mức ưu tiên bằng cách đặt hoặc xoá 1 bit trong IP của SFR. Mỗi ngắt ưu tiên ở mức thấp có thể được ngắt bằng ngắt ưu tiên ở mức cao hơn nhưng không thể ngắt bằng ngắt có mức ưu tiên ở mức thấp hơn được. Một ngắt ưu tiên ở mức cao có thể được ngắt bởi bất kỳ nguồn ngắt nào khác. Nếu có yêu cầu ngắt của 2 mức ưu tiên cùng nhau (cùng 1 lúc), yêu cầu của mức ưu tiên cao hơn sẽ được phục vụ (Ngắt nào có mức ưu tiên cao hơn sẽ được phục vụ). Nếu các yêu cầu ngắt có cùng mức ưu tiên, thì thứ tự quay vòng bên trong sẽ quyết định ngắt nào được phục vụ. Thứ tự ưu tiên ngắt từ cao xuống thấp của AT89C51 như sau: IE0, TF0, IE1, TF1, RI hoặc TI. 2.4.4. Nguyên lý điều khiển ngắt của AT89: Các cờ ngắt được thiết lập tại thời điểm S5P2 của mỗi chu kỳ máy. Chu kỳ máy tiếp theo sau chu kỳ máy có cờ ngắt được thiết lập, thì chương trình con được thiết lập khi có lệnh gọi LCALL. Lệnh LCALL phát sinh nhưng lại bị cấm hoạt động khi gặp các tình huống sau: a- Đồng thời có ngắt với mức ưu tiên cao hơn hoặc bằng ngắt đang phục vụ. (Một ngắt có mức ưu tiên bằng hoặc cao hơn đang sẵn sàng để được phục vụ) b- Chu kỳ máy hiện hành không phải là chu kỳ máy cuối cùng của lệnh đang thực hiện. c- Lệnh đang thực hiện là RETI hoặc bất kỳ lệnh nào ghi vào thanh ghi IE hoặc IP. 20
  24. Hình 2.18. Hệ thống ngắt của AT89 Bất kỳ một trong 3 điều kiện này xuất hiện sẽ cản trở việc tạo ra LCALL đối với chương trình phục vụ ngắt. Điều kiện 2 đảm bảo rằng, lệnh đang thực hiện sẽ được hoàn thành trước khi trỏ tới bất kỳ chương trình phục vụ nào. Điều kiện 3 đảm bảo rằng, nếu lệnh đang thực hiện là RETI hoặc bất kỳ sự truy cập nào vào IE hoặc IP, thì ít nhất một lệnh nữa sẽ được thực hiện trước khi bất kỳ ngắt nào được trỏ tới. Chu trình kiểm tra vòng được lặp lại với mỗi chu trình máy, và các giá trị được kiểm tra là các giá trị mà đã xuất hiẹn ở thời điểm S5P2 của chu trình máy trước đó. Nếu một chỉ thị ngắt có hiệu lực nhưng không được đáp ứng vì các điều kiện trên và nếu chỉ thị này vẫn chưa có hiệu lực khi điều kiện cản trở được loại bỏ, thì ngắt bị từ chối này sẽ không được phục vụ nữa. LCALL do phần cứng tạo ra sẽ chuyển nội dung của bộ đếm chương trình vào ngăn xếp (Nhưng không ghi vào PSW) và nạp lại cho PC một địa chỉ phụ thuộc vào nguồn gây ngắt đang được phục vụ, như bảng dưới đâ 21
  25. Ngắt Nguồn ngắt Địa chỉ Véc tơ External 0 IE0 0003h Timer 0 TF0 000Bh External 1 IE1 0013h Timer 1 TF1 001Bh Serial Port RI hoặc TI 0023h Timer 2(AT89C52) TF2 hoặc EXF2 002Bh System Reset RST 0000h Bảng 2.7. Địa chỉ véc tơ ngắt Lệnh RETI thông báo cho bộ VXL rằng thủ tục ngắt này đã kết thúc, sau đó lấy ra 2 Byte từ ngăn xếp và nạp lại cho PC để trả lại quyền điều khiển cho chương trình chính. * .Các ngắt ngoài: Vì các chốt ngắt ngoài được tạo mẫu mỗi lần trong mỗi chu trình máy, nên một giá trị cao hoặc thấp của đầu vào sẽ duy trì trong ít nhất là 12 chu kỳ xung nhịp của bộ dao động để đảm bảo tạo mẫu. Nếu ngắt ngoài được kích hoạt bằng sườn xung , thì nguồn ngắt ngoài phải duy trì ở chốt yêu cầu giá trị cao ít nhất 1 chu kỳ máy và sau đó duy trì giá trị thấp ít nhất 1 chu kỳ máy nữa. Việc này được thực hiện để đảm bảo rằng quá trình chuyển tiếp cho thấy chỉ thị yêu cầu ngắt IEx sẽ được xác lập. IEx sẽ tự động được xoá bởi CPU khi thủ tục ngắt đáp ứng được gọi. Nếu ngắt ngoài được kích hoạt theo mức, thì nguồn ngắt bên ngoài phải duy trì cho yêu cầu này có hiêụ lực cho đến khi ngắt đã được yêu cầu thực sự được tạo ra. Sau đó nguồn ngắt ngoài phải huỷ yêu cầu đó trước khi thủ tục phục vụ ngắt hoàn thành, nếu không ngắt khác sẽ được tạo ra. 22
  26. *. Vận hành Single-Step: Cấu trúc ngắt AT89C51 cho phép thực hiện các bước đơn với sự tham gia của rất ít phần mềm. Như đã lưu ý trước đây, một yêu cầu ngắt sẽ không được đáp ứng khi một ngắt khác có cùng mức ưu tiên vẫn đang hoạt động, nó cũng không được đáp ứng sau khi có lệnh RETI cho đến khi có ít nhất một lệnh khác đã được thực hiện. Do đó mỗi khi một thủ tục ngắt được đưa vào, thì nó không thể được đưa vào lần nữa cho đến khi ít nhất một lệnh của chương trình ngắt được thực hiện. Một cách để sử dụng đặc điểm này đối với hoạt động theo bước đơn lẻ là lập trình cho 1 trong những ngắt ngoài(chẳng hạn /INT0) được kích hoạt theo mức. Nếu chân /INT0 được duy trì ở mức thấp, thì CPU sẽ chuyển ngay đến thủ tục ngắt ngoài 0 và dừng ở đó cho tới khi INT0 được nhận xung từ thấp lên cao rồi xuống thấp. Sau đó nó sẽ thực hiện lệnh RETI, trở lại nhiệm vụ chương trình, thực hiện một lệnh, và ngay sau đó nhập lại thủ tục ngfắt ngoài 0 để đợi xung nhịp tiếp theo của P3.2. Mỗi bước của nhiệm vụ chương trình được thực hiện vào mỗi thời điểm chân P3.2 được nhận xung. 2.5. Bảo vệ chƣơng trình. Họ VĐK Các bit khoá AT89C51 LB1, LB2, LB3 AT89C52 LB1, LB2, LB3 AT89C2051 LB1, LB2 AT89C1051 LB1, LB2 Khoá bộ nhớ chương trình cho họ VĐK AT89C51: Chế độ LB1 LB2 LB3 Loại bảo vệ 1 U U U Không có đặc trưng khoá chương trình. 2 P U U Các lệnh MOVC được thực thi từ bộ nhớ chương trình ngoài, không được phép tìm nạp lệnh từ bộ nhớ nội. EA được lấy mẫu và chốt khi reset. Việc lập trình trên Flash bị cấm. 3 P P U Như chế độ 2, ngoài ra còn cấm việc kiểm tra chương trình. 4 P P P Như chế độ 3, ngoài ra còn cấm việc thực thi chương trình ngoài. Lưu ý: P=Programmed, U = Unprogrammed 23
  27. 2.6. Tra cứu nhanh tập lệnh của 8051 Bảng 1 : Các lệnh toán học của bộ VĐK họ ATMEN: Cáckiểuđịnhđ/chỉ Thời gian Câu lệnh Chức năng Trực Gián Thanh Tức Thực tiếp tiếp ghi thời hiện(us) ADD A, A = A + x x x x 1 ADDC A, A = A + + C x x x x 1 SUBB A, A = A - x x x x 1 INC A A = A + 1 Chỉ với A 1 INC = +1 x x x 1 INC DPTR DPTR = DPTR + 1 Chỉ với DPTR 2 DEC A A = A - 1 Chỉ với A 1 DEC = +1 x x x 1 MUL AB BA = A*B Chỉ với A&B 4 DIV AB A=Int(A/B); Chỉ với A&B 4 B=Mode(A/B) DA A Hiệu chỉnh số thập Chỉ với A 1 phân Bảng 2. Các lệnh chuyển đổi dữ liệu để truy cập vùng nhớ dữ liệu trong: Các kiểu định địa chỉ Thời gian Câu lệnh Chức năng Trực Gián Thanh Tức tiếp Thực tiếp ghi thời hiện(us) MOV A, A = x x x x 1 MOV ,A = A x x x 1 MOV = x x x x 2 , MOV , DPTR = h/số tức x 2 #data16 thời 16 bit PUSH INC SP; x 2 Mov “@SP“, POP Mov ,“@SP“ x 2 ;DEC SP XCH a, Đổi dữ liệu giữa x x x 1 A&byte XCHD A,@Ri Đổi nửa bit thấp x 1 giữa A&@Ri 24
  28. Bảng 3. Các lệnh số học: Các kiểu định địa chỉ Thời gian Câu lệnh Chức năng Trực Gián Thanh Tức Thực tiếp tiếp ghi thời hiện(us) ANL A, A=A AND x x x x 1 = ANL ,A x 1 AND A = ANL ,#data x 2 AND #data ORL A, A=A OR x x x x 1 = ORL ,A x 1 OR A = ORL ,#data x 2 OR #data XRL A, A=A XOR x x x x 1 = XRL ,A x 1 XOR A = XRL ,#data x 2 XOR #data CLR A A = 00h Chỉ với A 1 CPL A A = NOT A Chỉ với A 1 RL A Dịch A sang trái 1 bit Chỉ với A 1 Dịch A sang trái thông RLC A Chỉ với A 1 qua C RR A Dịch A sang phải 1 bit Chỉ với A 1 Dịch A sang phải RRC A Chỉ với A 1 thông qua C SWAP A Đổi nửa bit trong A Chỉ với A 1 25
  29. Bảng 4. Các lệnh đại số: Thời gian Câu lệnh Chức năng Thực hiện(us) ANL C,bit C = C AND bit 2 ANL C,/bit C = C AND NOT bit 2 ORL C,bit C = C ORL bit 2 ORL C,/bit C = C ORL NOT bit 2 MOV C,bit C = bit 1 MOV bit,C Bit = C 2 CLR C C = 0 1 CLR bit Bit = 0 1 SETB C C = 1 1 SETB bit Bit = 1 1 CPL C C = NOT C 1 CPL bit Bit = NOT bit 1 JC rel Nhảy nếu C = 1 2 JNC rel Nhảy nếu C = 0 2 JB bit,rel Nhảy nếu bit = 1 2 JNB bit,rel Nhảy nếu bit = 0 2 JBC bit,rel Nhảy nếu bit=1, sau đó xoá bit 2 Bảng 5. Các lệnh chuyển đổi dữ liệu để truy cập RAM ngoài: Độ lớn Th.gian thực Câu lệnh Chức năng địa chỉ hiện (us) 8 bits MOVX A,@Ri Đọc RAM ngoài tại @Ri 2 8 bits MOVX @Ri,A Ghi vào RAM ngoài tại @Ri 2 16 bits MOVX Đọc RAM ngoài tại @DPTR 2 A,@DPTR 16 bits MOVX Ghi vào RAM ngoài tại @DPTR 2 @DPTR,A 26
  30. Bảng 6. Các lệnh chuyển Byte mã lệnh: Câu lệnh Chức năng Thời gian thực hiện MOVC A,@A+DPTR Đọc ROM tại (A+DPTR) 2 us MOVC A,@A+PC Đọc ROM tại (A+PC) 2 us Bảng 7. Các lệnh nhảy không điều kiện trong Flash Microcontrollers: Câu lệnh Chức năng Thời gian thực hiện(us) JMP addr Nhảy tới addr. 2 JMP @A+DPTR Nhảy tới A+DPTR. 2 CALL addr Gọi C.trình con tại addr. 2 RET Quay trở về từ C.trình con. 2 RETI Quay trở về từ ngắt. 2 Bảng 8. Các lệnh nhảy có điều kiện: Thời Các kiểu định địa chỉ gian Câu lệnh Chức năng Trực Gián Th/ Tức Thực tiếp tiếp ghi thời hiện(us) JZ rel Nhảy nếu A=0 2 Chỉ với A JNZ rel Nhảy nếu A≠0 2 Chỉ với A DJNZ ,rel Giảm & nhảy nếu ≠ 0 x x 2 CJNE Nhảy nếu x x 2 A, ,rel A ≠ CJNE Nhảy nếu x x 2 ,#data,rel ≠ #data 27
  31. CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG A.Giới thiệu phần tử 2.1.Chỉnh lƣu cầu một pha Mục đích: Chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều. Lấy dòng 1 chiều hoạt động cho IC nguồn 7805 Sơ đồ mạch: Xét với tải RL , điện cảm L đủ lớn để lọc dòng , áp , dòng là liên tục. - Mạch có T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm . Nếu có xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 . Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van phụ thuộc vào tải ) . Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm , nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước 28
  32. Hinh 3.1. Các đặc tính điện áp tải, dòng qua tải, dòng qua van và điện áp ngược trên van 29
  33. + Giá trị trung bình của tải 2 2 2 Ud = 2.U sin .d = .U cos = Udo cosα. 2 2 2 2 Udo : điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu không điều khiển . + Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) . + Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp 2 2 I2 = I = Id 2 d + Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu Unv = 2 U2 + Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình 1 2 Id IT = Id = = 0.71 Id 2 2 + Kdm = 0,67 + Công suất biến áp Sba = 1,23Pd * Nhận xét : Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn , hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia .  Ưu điểm : - Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia Unv= U2. - Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với chỉnh lưu hình tia .  Nhược điểm : - Số van nhiều hơn - Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó khăn hơn  Mục đích: Đổi nguồn điện từ xoay chiều thành một chiều cung cấp cho mạch hoạt động 30
  34. 2.2. IC tạo ổn áp 7805:( IC ổn áp 5v). Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805: Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân: * Chân số 1 là chân IN. * Chân số 2 là chân GND. * Chân số 3 là chân OUT. Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi. Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa. 31
  35. 2.3.Ghép nối mạch cầu H và mạch khuyếch đại Thiết kế mạch cầu H điều khiển, đảo chiều động cơ DC. Để điều khiển truyền động cho cửa tự động ta dùng động cơ điện một chiều có điện áp định mức thường là loại 12VDC – 24VDC. Ở đồ án này em chọn động cơ có điện áp định mức là 12VDC, với công suất định mức P = 24W. Từ các yêu cầu khi thiết kế cửa tự động đã trình bầy ở mục 2.1.2. Khái quát chung về cửa tự động nên thiết kế mạch động lực thì phải đảm bảo điều khiển được động cơ một chiều quay theo cả hai chiều: chiều thuận, chiều ngược và dừng chính xác, có thể điều khiển và kiểm soát được tốc độ động cơ. Có nhiều phương án thiết kế để điều khiển, khởi động và đảo chiều động cơ điện một chiều. Đó là dùng Relay – Contactor có đảo chiều, dùng bộ chỉnh lưu cầu Tiristo mắc song song ngược thường được ứng dụng ở các tải có công suất lớn hoặc dùng mạch cầu H để điều khiển động cơ một chiều Ở đây vì tải có công suất nhỏ nên em chọn sử dụng động cơ DC điều khiển bởi mạch cầu H.  Mạch cầu H điều khiển đảo chiều động cơ một chiều: Hình 3.1. Mạch cầu H điều khiển động cơ một chiều. 32
  36. Mạch gồm: + 4 Transistor công suất Q1, Q2, Q3, Q4. Q1, Q2 là loại Transistor NPN TIP41, Q3, Q4 là loại Transistor PNP TIP42, chịu được áp 40V và dòng lớn lên tới 10A. + 2 Transistor điều khiển Q5, Q6 là loại NPN C8283. + 2 trở R1. + 2 trở R2. + 4 Điốt ( D1÷ D4) 2N4007. + Động cơ một chiều 12VDC, 24W. + Nguồn điện cấp là 12VDC. Tính toán công suất: Dòng và áp của động cơ điện một chiều làm việc ở các chế độ tải khác nhau: chế độ khởi động, làm việc định mức, chế độ quá tải để chọn các linh kiện và Transistor công suất trong mạch cầu H như sau: + Tính dòng điện làm việc định mức của động cơ điện : P 24 IA2 . U 12 + Tính dòng điện khi khởi động động cơ một chiều, giả sử Ikđđc = 3Iđmđc = 3*2 = 6A + Chọn chế độ động cơ có thể làm việc quá áp bằng 200%Uđm = 2*12 = 24V. + Chọn chế độ quá dòng cho Transistor = (1,6 ÷ 2,5) lúc làm việc với tải nặng nhất là chế độ khởi động hoặc lúc quá tải = 1,6* 6 = 9,6A. Do đó ta chọn loại Transistor công suất chịu dòng trên 10A, điện áp làm việc max lớn hơn 24VDC. Tra bảng datasheet, chọn được loại Transistor TIP41 và TIP42 có thông số: VCB0 = 40V, VCE0 = 40V, VEB0 = 5V, IC = 10A, IB = 2A. Từ mạch cầu H, ta kết nối tới vi điều khiển AT89C51 như sau: + Chân P2.1 nối tới chân B của Q5. + Chân P2.0 nối tới chân B của Q6. 33
  37. Khi đó tín hiệu điều khiển hoạt động của động cơ sẽ được cấp từ vi điều khiển AT89C51. Động cơ được đặt trong hộp kỹ thuật nối trực tiếp với hệ trục vít me, đai ốc và bánh răng nối với cánh cửa để truyền động cho cửa. Ở đây là biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến để đóng mở cửa. Cửa được trượt trên 2 đường ray trên và dưới với bốn bánh xe (ổ vòng bi hoặc cũng có thể là các bạc đồng) gắn ở phía trên và phía dưới của cửa.  Nguyên lý điều khiển: Cấp nguồn điện 12VDC, 5 VDC như hình vẽ. Giả sử nếu bộ điều khiển xuất các tín hiệu điều khiển đặt vào Transistor Q5 và Q6 theo bảng chân lý thì sẽ điều khiển được trạng thái làm việc của động cơ: quay thuận, quay ngược, dừng. Điều khiển trạng thái làm việc của động cơ tuân theo bảng chân lý dưới đây: Bảng 3.1. Bảng chân lý trạng thái hoạt động của động cơ DC. Q5 ( P2.1) Q6 ( P2.0) Trạng thái làm việc của động cơ 0 0 Động cơ dừng 0 1 Động cơ quay thuận 1 0 Động cơ quay ngược 1 1 Động cơ dừng Trong đó: + Trạng thái logic 1 = VCC, điều khiển Transistor dẫn. + Trạng thái logic 0 = 0 V, điều khiển Transistor khoá. Điều khiển động cơ quay thuận: Giả sử nếu cấp tín hiệu điều khiển vào chân B của Transistor Q6, Q6 thông dẫn dòng, làm mất áp trên cực B của Q3 từ 12V xuống 0V nên Q3 thông, cực B của Q5 không được cấp tín hiệu điều khiển nên Q5 bị khoá, khi đó có áp đặt lên cực B của Transistor Q1, Q1 thông dẫn dòng chẩy qua động cơ qua Q3 về đất 0V. Lúc đó động cơ sẽ quay theo chiều thuận. Điều khiển động cơ quay ngƣợc: Giả sử nếu cấp tín hiệu điều khiển mở Q5 và không cấp tín hiệu điều khiển mở Q6. Lúc đó Q5 thông dẫn dòng về nguồn 0V nên Q1 bị khoá và Q4 thông, Q6 khoá làm Q2 thông. Dòng điện từ nguồn chẩy qua Q2 đến động cơ qua Q4 về nguồn 0V. Lúc đó động cơ sẽ quay ngược. 34
  38. Điều khiển động cơ dừng: Muốn dừng động cơ thì ta cấp đồng thời tín hiệu điều khiển mở Q5 và Q6 hoặc không cấp tín hiệu điều khiển mở Q5 và Q6. Lúc đó tất cả các Transistor Q1 đến Q4 đều khoá dẫn đến không có dòng cấp cho động cơ. Động cơ sẽ không làm việc ( không quay) . Bốn Điốt 2N4007 làm nhiệm vụ ngăn dòng cảm ứng ngược tạo ra khi tắt cuộn dây động cơ ( mất điện) gọi là Điốt hoàn năng lượng, khép kín năng lượng trong mạch khi động cơ một chiều dừng quay hoặc đang làm việc bị mất nguồn. Các điện trở từ R1 và R2 lắp trong mạch dùng để hạn dòng đặt lên cực B của Transistor, bảo vệ Transistor. R = 10KΩ là điện trở treo dùng để kéo, tăng dòng điều khiển mở Transistor ở cổng Port2.  Ƣu điểm: Điều khiển động cơ một chiều có đảo chiều dùng mạch cầu H có ưu điểm là mạch đóng mở không tiếp điểm bằng Transistor công suất nên có độ bền ổn định, độ tin cậy và tuổi thọ cao, dễ điều khiển trạng thái làm việc của động cơ. Tuy nhiên mạch cầu H chỉ dùng để điều khiển động cơ một chiều với tải tương đối nhỏ. Đối với các tải tương đối lớn và lớn thì không đáp ứng được nên không sử dụng. Khi đó ta phải dùng mạch cầu Tiristor. 35
  39. 12DVC R25 1K R24 1K TIP42 TIP42 C1815 D1 D3 C1815 T1_2 MG1 T3_4 R27 1K R26 1K 1 2 MOTOR 12VDC R22 1K D2 R23 1K T3_4 TIP41 D4 TIP41 T1_2 VCC U45 74HC245 20 D9 T12 2 18 1 2 T1_2 3 A0 B0 17 T13 4 A1 VCC B1 16 1 2 T3_4 5 A2 B2 15 6 A3 B3 14 D10 7 A4 B4 13 8 A5 B5 12 9 A6 B6 11 A7 B7 VCC 1 END 19 DIR OE GND 10 2.4.Khối Reset: 36
  40. Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu. Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân Reset của vi điều khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. 2.5. Khối tạo xung dao động: Đây là bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động. Hai đầu này được nối vào 2chân XTAL1 và XTAL2 của VĐK. 2.6. THIẾT KẾ MODULE LCD. 2.6.1. Giới thiệu Màn hình tinh thê lỏng LCD (Liquid Crystal Display) ngày càng được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế các đèn Led (7 đoạn và nhiều đoạn). - Màn hình LCD có giá thành hạ. - Khả năng hiện thị số, ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với đèn Led. - Công suất tiêu thụ nhỏ 37
  41. 2.6.2. Mô tả chân của LCD 1. VDD, VSS, và VEE: Là chân nguồn + 5VDC và chân nối đất 0V tương ứng, còn VEE dùng để điều khiển độ tương phản của LCD. Độ tương phản của LCD phụ thuộc vào nguồn cung cấp và các thông tin được hiển thị trên một hoặc hai dòng. Để điều chỉnh độ tương phản ta thay đổi giá trị điện áp ( từ 0V đến VDD) cung cấp cho chân có ký hiệu là VEE. Để làm điều này ta có thể để chân VEE nối với biến trở 10KΩ để điều chỉnh mức điện áp. Trong một số loại LCD, để tiện cho việc quan sát các thông tin hiển thị trên LCD được rõ ràng, ánh sáng môi trường bên ngoài không đủ độ chiếu sáng, người ta thường tích hợp trên modul LCD một đèn nền ( Backlight) có màu xanh dương hoặc xanh lá cây. Trong quá trình sử dụng, để kéo dài tuổi thọ cho đèn nền của LCD ta mắc nối tiếp vói đèn nền một điện trở để giới hạn dòng điện qua đèn ( tương tự như giới hạn dòng qua các Led thông thường). 2. Chân chọn thanh ghi RS ( Register Select): Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD. Chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này. Nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn, cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như lệnh xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD. 3. Chân đọc\ ghi R\ W ( Read\ Write): Chân đầu vào đọc\ ghi cho phép đọc\ ghi thông tin lên LCD. Khi R\W = 0 thì ghi thông tin lên LCD, khi R\W = 1 thì đọc. Ở chế độ “ đọc”, nghĩa là MCU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx. Còn khi ở chế độ “ ghi”, nghĩa là MCU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx. 4. Chân cho phép E ( Enable): Chân cho phép E được LCD sử dụng để chốt thông tin hiện đang có trên chân dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân E để LCD chốt dữ liệu trên chân dữ liệu. Xung này phải có độ rộng tối thiểu là 450ns. 38
  42. 5. Chân dữ liệu DBO- DB7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Để hiển thị các chữ cái và các con số, mã ASCII của các chữ cái từ A- Z, a- z và các con số từ 0 – 9 được gửi đến các chân này khi bật RS = 1. 2.6.3. Tập lệnh của LCD.  Gồm 4 nhóm lệnh sau: + Các lệnh về kiểu hiển thị. VD: Kiểu hiển thị ( 1 hàng / 2 hàng), chiều dài dữ liệu ( 8 bit / 4 bit) + Chỉ định địa chỉ RAM nội. + Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội. + Các lệnh còn lại. Bảng dưới đây liệt kê mã lệnh của LCD. Ký Chân I/O Mô tả hiệu 1 VSS - Đất 2 VCC - Dương nguồn 5V 3 VEE - Nguồn điều khiển tương phản 4 RS | RS=0 chọn thanh ghi lệnh,RS=1 chọn thanh ghi dữ liệu 5 R/W | R/W=1 đọc dữ liệu,R/W=0 ghi dữ liệu 6 EN I/O Chân cho phép 7 DB0 I/O Bus dữ liệu 8 bit 8 DB1 I/O Bus dữ liệu 8 bit 9 DB2 I/O Bus dữ liệu 8 bit 10 DB3 I/O Bus dữ liệu 8 bit 11 DB4 I/O Bus dữ liệu 8 bit 12 DB5 I/O Bus dữ liệu 8 bit 13 DB6 I/O Bus dữ liệu 8 bit 14 DB7 I/O Bus dữ liệu 8 bit Bảng3.7Mô tả chân của LCD. 39
  43.  Khởi tạo LCD: Là việc thiết lập các thông số làm việc ban đầu. Đối với LCD, khởi tạo giúp thiết lập các giao thức làm việc giữa LCD và vi điều khiển. Việc khởi tạo chỉ được thực hiện 1 lần duy nhất ở đầu chương trình điều khiển LCD và bao gồm các thiết lập sau: + Display clear: Xóa/ không xóa toàn bộ nội dung hiển thị trước đó. + Function set: Kiểu giao tiếp 8bit/ 4bit, số hàng hiển thị 1hàng/ 2hàng, kiểu kí tự 5x8/ 5x10. + Display on/ off control: Hiển thị/ tắt màn hình, hiển thị/ tắt con trỏ, nhấp nháy/ không nhấp nháy. + Entry mode set: Các thiết lập kiểu nhập kí tự như: Dịch/ không dịch, tự tăng/ giảm ( Increment). Màn hình LCD này dùng để giao diện giữa người dùng và bộ điều khiển cửa, để hiển thị các trạng thái làm việc của bộ điều khiển, các dòng thông báo tới người dùng và dòng hiển thị nhập mã Pin code vào từ bàn phím 40
  44. 2. U2 LCD VSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 R30 E VCC RW VCC RS VCC U3 103J U1 AT89C51 VCC 40 21 39 22 P2.0/A8 P0.0/AD0 38 23 P2.1/A9 P0.1/AD1VCC 37 T12 24 P2.2/A10 P0.2/AD2 36 T13 25 P2.3/A11 P0.3/AD3 35 E 26 P2.4/A12 P0.4/AD4 34 RW 27 P2.5/A13 P0.5/AD5 33 RS 28 P2.6/A14 P0.6/AD6 32 P2.7/A15 P0.7/AD7 10 1 P0_0 11 P3.0/RXD P1.0 2 P0_1 12 P3.1/TXD P1.1 3 P0_2 SO 13 P3.2/INT0 P1.2 4 P0_3 14 P3.3/INT1 P1.3 5 P0_4 15 P3.4/T0 P1.4 6 Y2 12MHz C10 33pF 16 P3.5/T1 P1.5 7 17 P3.6/WR P1.6 8 P3.7/RD P1.7 30 19 29 ALE/PROG XTAL1 18 PSEN XTAL2 31 VCC C5 33pF EA/VPP 9 RST GND RST 20 VCC VCC VCC R31 SW1 RST C11 VCC 10pF RST R29 1K 4 U7A LM324 3 + R21 TP3 1 SO 10K 2 - 11 42
  45. 2.7. ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 2.7.1 Giới thiệu. Trên module điều khiển động cơ một chiều người ta thường gắn một thiết bị để đo tốc độ động cơ một chiều, từ đó để người điều khiển có thể đưa ra các thuật toán điều khiển động cơ theo ý muốn. Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn đó trong đồ án này em có thiết kế lên module đo tốc độ động cơ một chiều sử dụng cảm biến từ. 2.7.2 Nguyên lý hoạt động. Ta sử dụng module này để đo tốc độ của động cơ một chiều, ta sử dụng cảm biến từ để đo tốc độ của động cơ. Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ này như sau: Khi ta cho trục động cơ gắn với một cái đĩa, trên đĩa có gắn 1 mẩu giấy bạc. Cho đĩa này quay qua đầu phát của cảm biến từ, cảm biến từ sẽ phát hiện được thời điểm có mẩu giấy bạc chạy qua, mỗi lần phát hiện được thì cảm biến từ sẽ chuyển ra trạng thái ngõ ra của cảm biến một xung vuông. Nếu ta dùng bộ đếm xung vuông để đếm sự chuyển trạng thái ngõ ra của cảm biến từ trong một đơn vị thời gian thì ta có thể đo tính được tốc độ của động cơ. 2.8. IC 74HC245 2.8.1. Mô tả chung: IC 74HC245 là IC đệm có khả năng chốt đầu ra - Thời gian chậm trễ trên đường tryền: 18 ns - Phạm vi điện áp vận hành rộng: 2 -> 6 V - Thích hợp với hệ thống Bus - Đầu ra điều khiển: 15 LS-TTL tải 43
  46. 2.8.2. Sơ đồ chân: - A0 ->A7: Dữ liệu đầu vào - OE: Chân cho phép - DIR: Quy định đầu ra - B0 -> B7: 8 đầu ra - GND: mass (0V) - Vcc: Điện áp dương (5V) 2.8.3. Bảng hoạt động của IC 74HC245: - H: Mức cao - L: Mức thấp 44
  47. - Z: Trở kháng cao 2.1.4. IC LM 324: Sơ đồ chân: Sơ đồ nguyên lý IC LM324: 45
  48. B.Phần cứng 2.9.Thiết kế mạch hoạt động cho AT89C51. Để bộ điều khiển cửa tự động có thể hoạt động được thì phải thiết lập mạch hoạt động cho chíp AT89C51 như sau: + Cấp nguồn nuôi cho AT89C51: Chân 40 nối với nguồn +5VDC, chân 20 nối với mass GND ( 0V). + Cấp tín hiệu Reset cho AT89C51: bằng hai chế độ, chế độ tự động và chế độ bằng tay. Chế độ tự động dùng mạch tự dao động RC ( R = 8,2KΩ, C = 10µF) nối với nguồn +5VDC, khi cấp nguồn cho bộ điều khiển thì vi điều khiển sẽ tự động Reset trạng thái ban đầu. Mạch Reset bằng tay gồm nút bấm nối tiếp với điện trở 100Ω cấp vào chân số 9, khi muốn Reset lại bộ điều khiển chỉ cần nhấn nút này ở bất cứ thời điểm nào. + Cấp tín hiệu dao động cho bộ vi điều khiển từ bộ dao động thạch anh bên ngoài có tần số 12MHz, hai tụ C = 47pF nối vào chân 18 ( XTALL 2), 19 ( XTALL1) như hình vẽ bên dưới. + Ở đây do sử dụng bộ nhớ chương trình Rom bên trong AT89C51 nên ta nối chân EA ( chân số31) với nguồn +5VDC. Mạch hoạt động cho AT89C51 như hình dưới đây: Hình 3.3. Thiết kế mạch hoạt động cho AT89C52. 46
  49. Thiết kế mạch giao tiếp AT89C51 với màn hình LCD. Sơ đồ kết nối chân nhƣ sau: + Chân số 1: VSS của LCD nối với 0V ( GND). + Chân số 2: VDD của LCD nối với +5VDC. + Chân số 3: VEE ( V0) của LCD nối với +5VDC qua 1 biến trở tinh chỉnh 10KΩ. + Chân số 4: RS của LCD nối với P2.5 của AT89C51. + Chân số 5: R\W của LCD nối với P2.6 của AT89C51. + Chân số 6: E của LCD nối với P2.7 của AT89C51. + Chân số 7 - 14: D0 – D7 của LCD nối với Port 0 ( P0.0 – P0.7). + Chân số 15: A ( Back light) của LCD nối với nguồn 5VDC qua một điện trở R = 220 Ω để hiện ánh sáng đèn nền Back light. + Chân số 16: K ( Back light ground) của LCD nối với 0V ( GND). Hình 3.4. Sơ đồ mạch ghép nối màn hình LCD với AT89C51. 2.10. Thiết kế bộ nguồn. Vi điều khiển AT89C51 và các thiết bị trên Mainboard dùng nguồn điện một chiều 5VDC chuẩn và mạch động cơ dùng nguồn điện 12VDC. Vì vậy em thiết kế bộ nguồn 5 VDC cung cấp cho bộ điều khiển cửa hoạt động. Nguồn 12VDC cung cấp cho tải động cơ. 47
  50. Để có ổn áp ra tốt và ổn định, em chọn biến áp có UR = ( 1,2 ÷ 1,8) UV. Do đó em chọn biến áp nguồn là loại có đầu ra hạ áp 24VAC. Từ nguồn điện 220VAC, 50Hz, qua biến áp hạ áp xuống 24VAC, qua bộ chỉnh lưu cầu gồm bốn Điốt chỉnh lưu thành nguồn một chiều 24VDC qua bộ IC ổn áp 78LM12 ra thành nguồn một chiều 12VDC, qua bộ lọc gồm tụ điện C1= 1000µF, C2 = 1000µF có tác dụng san phẳng điện áp, và lọc những xung nhiễu từ nguồn vào. Nguồn 12VDC này được cung cấp cho mạch cầu H điều khiển động cơ một chiều điều khiển đóng mở cửa, cấp nguồn nuôi cho 2 bộ cảm biến an toàn và là nguồn đầu vào cho IC ổn áp 78LM05 và tụ C3 = 1000µF để đưa ra điện áp đầu ra 5VDC cung cấp nguồn cho bộ điều khiển cửa tự động và các thiết bị khác như màn hình LCD, Loa Tác dụng của tụ lọc là đặc biệt quan trọng đối với nguồn điện áp +5VDC nó nhằm tránh các xung, giai nhiễu từ nguồn, động cơ hoặc tạo ra bởi các hiệu ứng cảm khi các linh kiện số chuyển trạng thái. Tránh làm treo vi điều khiển. Hình vẽ dưới đây mô tả sơ đồ bộ nguồn cấp: Hình 3. Sơ đồ mạch bộ nguồn. Hoặc có thể dùng riêng biến áp 220VAC, 50Hz, đầu ra là 12VAC, 50Hz, và dòng đầu ra khoảng 10A qua bộ chỉnh lưu cầu 4 Điốt và các tụ lọc để cung cấp trực tiếp nguồn nuôi cho mạch cầu H điều khiển hoạt động của động cơ đảm bảo được dòng và áp cung cấp ổn định cho động cơ khoảng xấp xỉ 12VDC, 10A 48
  51. 2.11. 49
  52. CHƢƠNG 3:THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Thuât toán tổng hợp: begen Khởi tạo LCD Hiển thị tốc độ, chiều quay Tim Y Ngắt time0 e0 K h o N i t K a into Y Đếm 1 xung h o o K i L h t C o Na D i o t K hL a oC o iD t L a C o D L C D 50
  53. 3.2 3.2 12DVC(MOTO_12VDC) #include #include #include /*===Dinh nghia chan dieu khien===*/ #define PWM1 P2_4 #define PWM2 P2_3 #define start_stop P1_2 #define left P1_1 #define right P1_3 #define up P1_0 #define down P1_4 /*===Khai bao bien toan cuc===*/ unsigned char memorize_start_top=0,memorize_rotate_left=0,memorize_rotate_right=0; unsigned char size=0,x,startup,add; unsigned long count,SPEED; unsigned int memorize; /*===Khai bao cac ham su dung===*/ void delay(int n); void main(void); void lead_key(void); void init_motor(unsigned char p); void scan_port(void); /*=== ham con ===*/ void lead_key(void){ x=P1; x=~x; 51
  54. if(x!=0){ x=P1; x=~x; if(x!=0){ x=P1; x=~x; if(x!=0){ x=P1; x=~x; startup=x; } } loop: x=P1; x=~x; while(x!=0){ goto loop; } } } /*=== ham con ===*/ void init_motor(unsigned char u){ switch(u){ case 4 : memorize_start_top=~memorize_start_top;size=0; memorize_rotate_left=0;memorize_rotate_right=0; break; case 2 :memorize_rotate_left=1;memorize_rotate_right=0; break; case 8 :memorize_rotate_left=0;memorize_rotate_right=1; break; case 1 :size++;if(size>10)size=10; break; case 16 :size ;if(size>=10)size=0; break; } startup=0; 52
  55. } /*=== ham con ===*/ void scan_port(void){lead_key();init_motor(startup);} /*=== Ham khoi tao timer ===*/ void init_interrupt(void) { TMOD=0x02; // Dat timer 0 che do 8 bit TH0=0x9B; // Nap gia tri 155 EA=1; // Cho phep ngat toan cuc ET0=1; // Cho phep ngat timer 0 EX0=1; // Cho phep ngat ngoai 0 IT0=1; // Cap phat ngat theo xuon TR0=1; // Chay timer 0 } /*=== phuc vu ngat time0 ===*/ void timer_0_overflow(void) interrupt TF0_VECTOR { TR0=0;TF0=0; if(memorize_start_top!=0){add++; if(add<=size){PWM1=memorize_rotate_left; PWM2=memorize_rotate_right;} else{PWM1=0;PWM2=0;} if(add==10)add=0; memorize++; if(memorize==100){memorize=0;SPEED=count; count=0;} } else{PWM1=0;PWM2=0;} scan_port(); TR0=1; 53
  56. } /*=== ngat ngoai 0 ===*/ void external_0_interrupt(void) interrupt 0 {count++;} /*=== MAIN PROGRAM ===*/ void main (void) { init_lcd(); init_interrupt(); while(1){ if(memorize_start_top!=0){ print_str(0x80,"STAR PWM= /10"); print_val(0x8B,size,2); if(memorize_rotate_left==1) {print_str(0xC0,"LEFT SD: v/ms" );print_val(0xC9,SPEED,3);} if(memorize_rotate_right==1){print_str(0xC0,"RIGHT SD: v/ms" );print_val(0xC9,SPEED,3);} } else{write_cmd(0x01);print_str(0x00,"STOP" );} delay(1000); } } 3.2 void delay( unsigned int time ) { while(time ) { TMOD = 0x10 ; TH1 = 0xFC ;//D8 TL1 = 0x17 ;//F0 TF1 = 0 ; 54
  57. TR1 = 1 ; while(!TF1); TF1 = 0 ; TR1 = 0 ; } } 3.2 /*===Dinh nghia hang toan cuc===*/ #define return_home 0x02 // ve dau dong #define funset 0x38 //matrix 5x7 #define entrymode 0x06 //dich con tro sang phai #define offdsp 0x0C //tat hien thi nhap nhay con tro #define cleardsp 0x01 //xoa man hinh /*===Khai bao chan dieu khien lcd ===*/ #define LCD P0 #define rs P2_5 #define rw P2_6 #define en P2_7 #define write_cm {rs=0;rw=0;en=1;en=0;} #define write_da {rs=1;rw=0;en=1;en=0;} /*===Khai bao bien toan cuc===*/ char a; /*===viet cac ham=== void busy_flag(void) { LCD=0xff; 55
  58. rs=0; rw=1; do { en=1; delay(2); en=0; a=LCD; a=a&0x80; } while(a==0x80); } /*===ham ghi lenh len lcd ===*/ void write_cmd(unsigned char lcd_cmd) { //busy_flag(); LCD=lcd_cmd; write_cm; delay(5); } /*===ham ghi du lieu len lcd ===*/ void write_data(unsigned char lcd_data) { //busy_flag(); LCD=lcd_data; write_da; delay(5); } /*===Ham ghi lenh 1 chuoi ky tu ra LCD ===*/ 56
  59. void print_str(unsigned char place, char *input) { write_cmd(place|0x80); delay(10); while(*input!=0) { write_data(*input); input++; } } /*===Ham ghi con so ra LCD ===*/ void print_val(unsigned char place,unsigned int val, unsigned int num) { int i; unsigned char j=0; unsigned char temp[10]; i=num; write_cmd(place|0x80); delay(10); if(val==0) { if(num==1) write_data('0'); else { for(j=0;j<(num-1);j++) write_data(' '); write_data('0'); } } 57
  60. else { while(i ) { if(val) temp[i]=(val%10)|0x30; else temp[i]=' '; val/=10; } for(i=0;i<num;i++) write_data(temp[i]); } } /*=== Khoi tao cau hinh LCD ===*/ /* */ void init_lcd(void) { write_cmd(return_home); write_cmd(funset); write_cmd(entrymode); write_cmd(offdsp); write_cmd(cleardsp); write_cmd(0x80); } 58
  61. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Thiết kế xây dựng bộ đếm xung, ứng dụng đo tốc độ trong hệ thống truyền động điện”. Đề tài được lựa chọn dựa trên tính thông dụng, hiệu quả và ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Cách trình bày đơn giản ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Trong thời gian làm việc em đã học hỏi được nhiều kinh nghiệm quý báu như: hoàn thiện kỹ năng tìm kiếm và sử lý thông tin, tính toán, kỹ năng trình bày một bài đề tài, công dụng của bộ điều khiển động cơ một chiều theo phương pháp thay đổi độ rộng xung, các khâu trong mạch điều khiển độ rộng xung, có cơ hội đươc tiếp xúc và tìm hiểu nhiều hơn về các phần mềm mô phỏng như: AutoCAD 2007, Orcad10.5, Proteus cũng như kỹ năng làm việc theo nhóm và độc lập hiệu quả. 59
  62. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Tăng Cường – Phan Quốc Thắng(2004) Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 2. Ngô Diên Tập (2006) Vi Điều Khiển Với Lập Trình C NXB Khoa học và kĩ thuật. 3. Tống Văn On (2006), Thiết Kế Hệ Thống Với Họ 8051 NXB Phương Đông 4. Tống Văn On – Hoàng Đức Hải (2008), Họ Vi Điều Khiển 8051 NXB Khoa học Xã Hội. 60