thiết kế modul ghép nối với pc qua giao diện isa để điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp nước ổn định áp lực

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật,máy tính trở thành công cụ vô cùng quan trọng.Sự phát triển của “Kỹ thuật ghép nối với máy tính” đã mở rộng đáng k

BÀI TẬP LỚN

ĐIỀU KHIỂN SẢN XUẤT TÍCH HỢP MÁY TÍNH

Tên đề tài :

“Thiết kế modul ghép nối với PC qua giao diện ISA để điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp nước ổn định áp lực ”.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật,máy tính trở thành công cụ vô cùng quan trọng.Sự phát triển của “Kỹ thuật ghép nối với máy tính” đã mở rộng đáng kể các lĩnh vực ứng dụng của máy tính,đặc biệt là trong đo lường và điều khiển.Các thiết bị ghép nối với máy tính theo các modul nhờ vậy mà máy tính có thể truyền nhận tín hiệu để thực hiện nhiệm vụ xử lý tín hiệu và điều khiển Các thiết bị, hệ thống đo lường

và điều khiển ghép nối máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thấp số liệu ngắn, nhưng còn đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý các kết quả đo, kể cả việc lập bảng thống kê cũng như in ra kết quả ISA là một tiêu chuẩn của rãnh cắm mở rộng của máy tính,phần lớn các card ghép nối dùng trong kỹ thuật đo lường và điều khiển đều được chế tạo để đặt vào các rãnh cắm theo tiêu chuẩn ISA Bài tập lớn này của em chỉ nêu lên một ứng dụng nhỏ của việc kết nối máy tính vào sản xuất nói chung

và rãnh cắm mở rộng nói riêng

Qua một thời gian tìm hiểu, thiết kế với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn của thầy giáo bộ môn đến nay em đã hoàn thành bài tập lớn này Tuy nhiên, do sự hiểu biết về thực tế và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bài tập lớn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn Em xin chân thành cảm ơn!

2

Chương 1 : TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ

1.1 Giới thiệu về rãnh cắm ISA

Rãnh cắm thông dụng nhất là rãnh căm isa(industry standasd architecture) do IBM đưa ra năm 1980 cho máy 8086 XT, sau đó là ISA 16 bít cho máy AT và chở thành chuẩn AT bus

Thông thường rãnh cắm có 62 đường tín hiệu dùng cho các mục đích thông tin với các card cắm vào Về cơ bản các đường tín hiệu này được chia

ra thành các đường dẫn tín hiệu,đường dẫn địa chỉ và đường dẫn điều khiển bưởi vì ngay từ các máy tính pc/xt đã có sẵn các rãnh cắm 62 chân này là rãnh cắm 8 bit Chỉ những card 8 bit mới cắm được vào rãnh này Bảng dưới đây chỉ ra sự săp xếp chân ra của rãnh cắm mở rộng 8 bit

Hình 1.1: Cấu tạo rãnh cắm ISA

Về sau PC/AT có thêm rãnh cắm thứ 2 và có 36 chân.Trên rãnh này có chứa các tín hiệu 16 bit Nên khi có thêm rãnh cắm này người ta gọi chung

cả 2 rãnh cắm là rãnh cắm 16 bit Dưới đây là bảng ý nghĩa rãnh cắm isa:

4

Thông qua rãnh cắm có thể truy cập 1024 địa chỉ ngoại vi từ 000 đến 3FF ,trong đó đã sử dụng cho các thiết bị có sẵn của máy tính như trong bảng sau:

Tuyến ISA có nhiều chân nhưng thực tế sử dụng ta chỉ cần các đường địa chỉ SAo…SA9, dữ liệu SD0…SD15, điều khiển –IOR,-IOW,AEN,-IOCS16,-SBHE, ngõ vào ngắt IRQ , xung nhịp CLK và nguồn Các ngoại vi được gọi la port, nếu xuất nhập thực hiện theo 8 bit, nếu xuất nhập 16 bít thì dùng hai port địa chỉ kế tiếp nhau

Hình 1.2 Giản đồ thời gian ghi, đọc ngoại vi 8 bit, 16 bit

Việc thiết kế card ISA xuất nhập 8 bit bao gồm mạch giải mã địa chỉ , mạch chốt dữ liệu ra và mạch đệm dữ liệu vào

Giao diện vào/ra trên rãnh cắm PC:

U 5 1

2 4

3

A5

A3

U 4A 74H C 00/LC C

2 3

A6

D4

D7

A8

D6

S W 1

S W D IP -8

D3

A1

D1

RESET

74H C 688

74H C 688

3 5 7 9 12 14 16 18

2 4 6 8 11 13 15 17

O E P =Q

Q 0

Q 1

Q 2

Q 3

Q 4

Q 5

Q 6

Q 7

P 0

P 1

P 2

P 3

P 4

P 5

P 6

P 7

D0

A9

D2

D5

A2

A7

A0

/IO

U 1 8255 34

33 32 31 30 29 28 27

4 3 2 1 40 39 38 37 18 19 20 21 22 23 24 25 14 15 16 17 13 12 11 10

5 36

9 8

35

6

D 0

D 1

D 2

D 3

D 4

D 5

D 6

D 7

P A 0

P A 1

P A 2

P A 3

P A 4

P A 5

P A 6

P A 7

P B 0

P B 1

P B 2

P B 3

P B 4

P B 5

P B 6

P B 7

P C 0

P C 1

P C 2

P C 3

P C 4

P C 5

P C 6

P C 7

R D

W R

A 0

A 1

R E S E T

C S

0

IS A

A 2

A 3

A 4

A 5

A 6

A 7

A 8

A 9

A 22

A 23

A 24

A 25

A 26

A 27

A 28

A 29

A 11

B 13

B 14

A 30

A 31

B 02

U 4A

74H C 00/LC C2 3

U 4A

74H C 00/LC C

U 2 74H C 245 2

3 4 5 6 7 8 9

19 1

18 17 16 15 14 13 12 11

A 0

A 1

A 2

A 3

A 4

A 5

A 6

A 7

O E

D IR

B 0

B 1

B 2

B 3

B 4

B 5

B 6

B 7

ASEN

A4

/IOW

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch ghép nối giao diện ISA

Bộ giải mã địa chỉ 74HC688 so sánh các đường dẫn địa chỉ từ A2 đến A9 xem có thống nhất với các địa chỉ cơ bản được thiết lập trên card mở rộng bằng chuyển mạch DIP,74HC688 so sánh 2 trong số 8 bit xem có giống nhau không và khi các bit xếp kề sát đồng nhất sẽ tạo ra tín hiệu Low ở chân 19.Mạch lôgic của mạch giải mã có chứa 2 vi mạch 74HC00 và 74HC138.Ba cổng NAND làm cho bộ đệm bú 74HC245 sau đấy chỉ trở nên được kích hoạt(/G=0)khi các điều kiện sau được thực hiện:Thứ nhất là card

mở rộng cắm vào đã trao đổi được(chân 19 của vi mạch 74HC688 bằng 0)

8

thứ hai là 1 chu trình đọc hay 1 chu trình ghi được thực hiện(IRO=0 hoặc IRW=0)

1.2 Giới thiệu về các linh kiện sử dụng trong sơ đồ

1.2.1 Vi mạch 8255

Hình 1.4 : Sơ đồ khối và các chân chức năng

8255A-5 là vi mạch giao tiếp song song rất thông dụng trong toàn các hệ thống Vi mạch này có 24 chân cho thiết bị I/O có thể lập trình hoạt động trong 3 mode khác nhau 8255A-5 có thể nối ghép bất kỳ thiết bị vào ra kiểu TTL và tương thích với 8088 8255A-5 thường được sử dụng để ghép nối với bàn phím và cổng máy in song song trong các máy PC Ba cổng vào ra của nó được lập trình thành các nhóm 12 chân Nhóm A bao gồm cổng A ( PA7 - PA0 ) và nửa cao của cổng C (PC7 - PC4 ) , nhóm B bao gồm cổng

B (PB7 - PB0 ) và nửa thấp của cổng C ( PC3 - PC0 ) 8255A-5 được chọn

bằng chân CS của nó để lập trình và phục vụ việc ghi đọc ra cổng I/O Hai chân A1,A0 chọn thanh ghi nội để lập trình hoặc hoạt động Trong máy PC 8255A-5 được giải mã tại địa chỉ 60h-63h Ðể 8255A-5 có thể đọc ghi thì chân CS phải ở mức logic 0 và địa chỉ I/O phải được nối với chân A1 và A0 ,không cần quan tâm đến các chân địa chỉ cổng còn lại và được giải mã bên ngoài để chọn 8255A-5

Bảng 1.5 Bảng chọn địa chỉ I/O cho 8255

Có hai loại từ điều khiển cho 8255

- Từ điều khiển định nghĩa cầu hình cho các cổng PA, PB, PC

- Từ điều khiển lập/xóa từng đầu ra của cổng PC

* Từ điều khiển định nghĩa cấu hình

Các cổng PA, PB, PC được chia thành 2 nhóm Nhóm A gồm cổng

PA và 4 bít cao của PC (gọi 4 bit này là CA), nhóm B gồm cổng PB và 4 bit thấp của cổng PC (gọi 4 bit này là CB) Từ điều khiển dùng để điều khiển định nghĩa cấu hình các cổng như sau

10

1 MA1 MA0 A CA MB B CB

Trong đó:

- MA1, MA0: Là 2 bit định chế độ cho nhóm A

00: Chế độ 0

01: Chế độ 1

1x: Chế độ 2

- Bit A dùng để đặt cổng PA là cổng ra (A=0) hay cổng vào (A=1)

- Bit CA dùng để đặt 4 bit cao của cổng PC là cổng ra (CA=0) hay cổng vào (CA=1)

- Bit MB là bit định chế độ làm việc cho nhóm B:

MB=0: Chế độ 0

MB=1: Chế độ 1

-Bit B để đặt cổng PB là cổng ra (B=0) hay cổng vào (B=1)

-Bit CB dùng để đặt 4 bit thấp của cổng PC là cổng ra (CB=0) hay cổng vào (CB=1)

* Từ điều khiển lập/xóa bit PCi

Trong đó:

Các bit a, b, c dùng để chọn một trong 8 bit: PC0 … PC7 của cổng PC Bit được chọn sẽ có giá trị bằng bit S/R ( 0 hoặc 1) Bit S/R có thể được đặt

là 0 hoặc 1 tại thời điểm ghi điều khiển

Các chế độ làm việc của 8255A có thể được đặt bằng cách ghi nội dung vào từ điều khiển ( thường được ký hiệu là CWR) 8255A có 4 chế độ làm việc

- Chế độ 0: Vào/ra cơ sở Trong chế độ này mỗi cổng PA, PB, PCH hay PCL đều có thể được định nghĩa là cổng vào hoặc cổng ra

- Chế độ 1: Vào ra có xung cho phép Trong chế độ này mỗi cổng PA, PB có thể được định nghĩa là cổng vào hoặc cổng ra với các tín hiệu móc nối do các bit tương ứng của cổng PC trong cùng nhóm đảm nhiệm

- Chế độ 2: Vào ra 2 chiều Trong chế độ này chỉ riêng cổng PA có thể được định nghĩa là cổng vào/ra 2 chiều với các tín hiệu móc nối do các bit của cổng PC đảm nhiệm Cổng PB có thể làm việc ở chế độ 1 hoặc 2

- Lập xóa các bit cổng PC

1.2.1.Giới thiệu về ULN2803

Hình 1.6 Cấu tạo ULN2803

Vi mạch ULN 2803 để khuếch đại dòng tải của các đầu ra từ modul cơ sở

để cấp cho các rơle,ULN2803 là một bộ đệm khá đặc biệt,nó chứa bên trong

8 bộ khuếch đại darlington với các điôt bảo vệ đã được tích hợp sẵn cho các trường hợp tải cảm kháng.Các bộ khuếch đại darlington này được điều khiển trực tiếp bởi các tín hiệu logic TTL và có thể cung cấp 1 dòng tải ở đầu ra đến 500mA.Các đầu ra đều là đầu ra collector hở

12

1.2.3 Giới thiệu về 74HC245

Hình 1.7 Cấu tạo 74HC245

Bộ đệm bus 2 chiều 74HC245 gồm có 20 chân, ,bộ đệm chỉ hoạt động khi có tín hiệu low ở chân 19.Nó có chứa 8 vi mạch đệm với các lối ra 3 trạng thái để trao đổi thông tin giữa các đường dẫn bus dữ liệu theo 2 hướng Hướng truyền dữ liệu được xác định bằng chân DIR: DIR = 0, dữ liệu được chuyển từ B sang A Việc chuyển hướng dữ liệu cho phép quản lý đơn giản bằng tín hiệu /IOR Ta có thể nối trực tiếp ra chân DIR Qua đó đảm bảo bộ đệm chỉ cho phép dữ liệu đưa vào từ bên ngoài đưa lên bus dữ liệu của máy tính khi PC thực hiện một quá trình truy nhập đọc (/IOR = 0)

1.2.4.Giới thiệu về 74HC688

Hình 1.8 Cấu tạo 74HC688

Bộ giải mã địa chỉ 74HC688 so sánh các tín hiệu từ A0-A7 xem có thống nhất với các địa chỉ của tín hiệu trên các chân tương ứng B0-B7.74HC688 sosánh hai trong số tám bit xem có giống nhau không

và khi các bit xếp kề sát đồng nhất

sẽ tạo ra một tín hiệu Low ở chân19

Chương 2: GHÉP MODUL VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Sơ đồ hệ thống bơm nước ổn định áp lực

Hình 2.1 Sơ đồ khối công nghệ cấp nước ổn định áp suất

Một bồn chứa có bơm cấp nước và bình chứa có đo áp suất

*/ Yêu cầu hoạt động là:

+ Ta đặt áp suất trong bình giới hạn trong khoảng cho phép từ 0,5 – 2,5 atm theo công nghệ của phần cứng đã lắp đặt Chọn giá trị áp suất trong bình là 1,5 atm và dung khối cảm biến PI để biết áp suất hiện tại trong bình chứa lỏng

+ Bài toán công nghệ trên thiết kế với độ chính xác không cao chỉ với 3 cảm biến mức để nhận biết chiều cao để có thể điều khiển bơm 1, 2 tao ra mức nước trong bình tạo ra áp suất mặt thoáng trong bình mong muốn

14

+ Ta quy định là mức nước chạm cảm biến 2 thì cho áp suất trong bình là 1,5 atm Khi đó ta cần phải ổn định mức nước ở mức 2 bằng cách điều khiển lượng mở van điện từ của van 1 ,còn van 2 chỉ có chế độ đóng hoặc mở hoàn toàn

+ Khi mức nước ở mức 3 thì van 2 phải mở ra và van 1 mở với góc nhỏ Khi mức nước ở mức 1 thì đóng van 2 , mở van 1 góc lớn nhất và đến khi chạm cảm biến 2 thì mở van 2 và điều chỉnh van 1 sao cho mức nước ổn định + Nước đi qua van 2 sau đó quay lại cấp nguồn nước cho van 1

2.2 Thiết kế mạch điều khiển ghép nối máy tính

2.2.1 Mạch vào ra ghép nối ISA

2.2.2 Mạch cảm biến

2.2.3 Mạch đầu ra rơle

2.2.4 Mạch cấp nguồn

C 8

G N D

+ 8 V

+ 5 V

-8 V

D 1

D I O D E B R I D G E _ 4 2 1 3

4

2

+ 1 0 V ~

-1 0 V ~

U 5

L M 7 8 0 8 / TO

V I N

U 6

L M 7 9 0 8 / TO 3

V I N

U 7

L M 7 8 0 5 / TO

V I N

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

16

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ PHẦN MỀM

3.1 Giao diện phần mềm

Các shape đỏ khi bơm ngừng hoạt động và xanh khi bơm hoạt động

+) Add modul thư viện động

Public Declare Function Inportb Lib "dlportio.dll" Alias "Dlport Read Port Uchar" (ByVal Port As Long) As Byte

Public Declare Sub Outportb Lib "dlportio.dll" Alias "Dlport Write Port Uchar" (ByVal Port As Long, ByVal Value As Byte)

+) Chương trình

Dim a, b, c As Integer

Private Sub Command1_Click()

MsgBox " Chuong trinh dieu khien muc nuoc on dinh ap suat qua giao dien ISA "

End Sub

End Sub

Private Sub Command3_Click()

Timer1.Interval = 10

Outportb &H303, 144 //ghi tu dieu khien

b = Inportb(&H300)

If b > 0 Then

MsgBox "be dang con nuoc, hay xa het nuoc"

Else

a = 1

End If

End Sub

Private Sub Form_Load()

Shape1.Visible = False

Shape2.Visible = True

Shape3.Visible = True

Shape4.Visible = True

Shape5.Visible = False

Shape6.Visible = True

End Sub

Private Sub Timer1_Timer()

If a = 1 Then

Outportb &H301, 7 // bat bom 2

Shape1.Visible = True

Shape4.Visible = True

Shape5.Visible = True

Shape2.Visible = False

18

Shape3.Visible = False

Shape6.Visible = False

b = Inportb(&H300)

If b = 3 Then

Outportb &H301, 3 // tat bom 2

Shape1.Visible = False

Shape2.Visible = True

b = Inportb(&H300)

If b = 7 Then

Outportb& H301, 1 // tat bom 2 va van 1 mo 90 do

Shape3.Visible = True

Shape4.Visible = True

b = Inportb(&H300)

If b = 15 Then

Shape6.Visible = True

Shape5.Visible = False

Outportb& H301, 0 'tat bom 2, mo van 1

End If

End If

End If

End If

End Sub

Kết luận

Sau nhiều ngày tìm hiểu và làm bài tập lớn dưới sự hướng đẫn của thầy

và bạn bè, em đã hoàn thành xong được đề tài này Sau khi làm xong đã giúp cho em có nhiều hiểu biết hơn về vi điều khiển và hoạt động của nó Mặc dù

em đã rất cố gắng, xong do kiến thức còn hạn chế nên không thoát khỏi những sai lầm trong khi thiết kế, mong thầy có thể chỉ ra những sai sót đó để

em có thể lắm rõ hơn nữa về vấn đề Em xin chân thành cảm ơn

Tài liệu tham khảo

[1] Bài giảng môn điều khiển sản xuất và tích hợp máy tinh - Thầy Lưu Hoàng Minh, Trường ĐHHH Việt Nam

[2] Kỹ thuật ghép nối máy tính – Ngô Diên Tập, Nhà xuất bản khoa học – kĩ thuật

20