Đồ án: Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 và ứng dụng điều khiển động cơ điện một chiều ( quay thuận, quay ngược ) pptx

LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ. Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu về điều chỉnh chiều quay. Vì vậy với đề tài thực tập môn học về “Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 và ứng dụng điều khiển động cơ điện một chiều ( quay thuận, quay ngược )” dưới sự hướng dẫn tận tình của cô Đỗ Thị Mai . Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên trong khoa. Em xin chân thành cảm ơn ! 1 MỤC LỤC PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG 2 1. Tổng quan 2 2. Mục tiêu của đề tài 2 3. Phương pháp nghiên cứu 2 4. Kết quả dự kiến 2 PHẦN II NỘI DUNG CHÍNH 3 CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀ I 3 1. Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51 3 1.1 Sơ đồ khối chip 8051: 3 1.2 Sơ đồ và chức năng các chân của chip 8051: 5 1.3 Tổ chức bộ nhớ: 7 1.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): 10 1.5 Các cải tiến của 8052: 12 1.6 Hoạt động Reset: 12 2. Tìm hiểu về động cơ điện một chiều 13 2.1 Khái niệm động cơ điện một chiều. 13 2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều. 14 2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 16 2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 17 2.5 Phân loại 18 3. Tìm hiểu về mosfet 19 3.1 Giới thiệu về Mosfet 19 3.2 Kí hiệu và cấu tạo của Mosfet 20 3.3 Nguyên lý hoạt động 21 3.4 Ứng dụng của mofet 21 CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 22 1. Thiết kế 22 1.1 Thiết kế mạch cầu H 22 2. Chế tạo mạch 26 2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 26 2.2 Sơ đồ mạch in 27 2.3 Sơ đồ mô phỏng 3D 28 CHƯƠNG III CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 29 3.1 Giới thiệu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình 29 3.2 Chương trình điều khiển động cơ quay thuận nghịch 29 PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 32 1. Kết luận 32 2. Hướng phát triển của đề tài 32 Tài liệu tham khảo: 33 2 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan Trong quá trình làm việc, động cơ điện một chiều thường phải làm việc ở nhiều chế độ khác nhau .Có thể là tốc độ của các chế độ khác nhau hay chiều quay của động khác nhau . Chính vì vậy việc điều khiển động cơ một chiều là một yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất Do đông cơ một chiều rất quan trọng trong cuộc sống và rất phổ biến trong cuộc sống nên học kỳ này em được làm báo cáo ” Điều khiển đông cơ 1 chiều bằng vi điều khiển’’. Có thể nói động cơ 1 chiều có vai trò rất lớn trong ngành điều khiển tự động. Nó có thể được sử dụng trong các băng tải trong các nhà máy hay đơn giản là dùng trong cửa tự động trong các siêu thị Để điều khiển được động cơ một chiều hay nói cách khác là điều chỉnh động cơ quay thuận ,quay ngược em sử dụng mạch cầu H để điều khiển. 2. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là tạo ra một mô hình điều khiển cho động cơ 1 chiều, mô hình điều khiển này có thể làm mô hình thí nghiệm cho các sinh viên nghiên cứu để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp điều khiển hoạt động cho động cơ. Đặc biệt là việc điều khiển cho động cơ 1 chiều sử dụng vi điều khiển AT89C51. 3. Phương pháp nghiên cứu  Đưa ra ý tưởng thiết kế (ứng dụng vi điều khiển).  Thiết kế mạch phần cứng điều khiển: kết nối vi điều khiển, điều khiển hoạt động của động cơ.  Viết chương trình điều khiển.  Vận hành mô hình và sửa lỗi. 4. Kết quả dự kiến  Thứ nhất : tìm hiểu và biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.  Thứ hai : biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của các linh kiện điện tử.  Thứ ba : dùng vi điều khiển để đảo chiều động cơ điện một chiều  Thứ tư : có thể hiểu và lập trình thành thạo với vi điều khiển AT89C51.  Hoàn thành mô hình đề tài đảm bảo đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đã được đề ra. 3 PHẦN II NỘI DUNG CHÍNH CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 1. Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51 1.1 Sơ đồ khối chip 8051: Hình 1. Sơ đồ khối 8051 Chip 8051 có các đặc trưng như sau:  4KB ROM  128 byte RAM  4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit  2 bộ định thời 16 bit  Mạch giao tiếp nối tiếp  Không gian nhớ chương trình ngoài 64K  Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K  Bộ xử lý bit  210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit  Nhân/chia trong 4µs 4 Cấu trúc bên trong của 8051: Hình 2 . Cấu trúc bên trong 8051 5 1.2 Sơ đồ và chức năng các chân của chip 8051: Thuật ngữ “8051” được dùng để chỉ rộng rãi các chip của họ MSC-51. Vi mạch tổng quát của họ MSC-51 là chip 8051, linh kiện đầu tiên của họ này được hãng Intel đưa ra thị trường. Hiện hay nhiều nhà sản xuất IC như Seimens, Advance Micro Devices (AMD), Fujitsu, Philips, Atmel … được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MSC-51. Ở Việt Nam các chip và các biến thể họ MSC-51 của hãng Atmel và Philips được sử dụng rộng rãi như: 89C2051, AT89C51, AT8C52, AT8C55, AT89S52, AT89S8252, AT89S8253, P89C51RDxx, P89V51RDxx … Hình 3. Sơ đồ chân 8051 Chip 8051 có 32 chân xuất/nhập, tuy nhiên có 24 chân đa mục đích trong tổng số 32 chân này. Mỗi một chân này có thể hoạt động ở chế độ xuất/nhập, hoạt động điều khiển hoặc hoạt động như một đường địa chỉ/dữ liệu của bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp.  PORT 0: Port 0 (các chân từ 32-39) được ký hiệu là P0.0 - P0.7 có hai công dụng. Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, Port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất nhập. Tuy nhiên, khi dùng chức năng này thì Port 0 phải dùng thêm các điện trở kéo lên (pull-up), giá trị của điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nối với Port. Khi dùng làm ngõ ra, Port 0 có thể kéo được 8 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó. Với các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp ( byte địa chỉ thấp ). 6  PORT 1: Port 1 (các chân từ 1-8) chỉ có công dụng là xuất/nhập được ký hiệu từ P1.0 đến P1.7 và dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngoài. Với chip 8052 ta có thể sử dụng P1.0 và P1.1 hoặc làm các đường xuất/nhập hoặc làm các ngõ vào cho mạch định thời thứ ba. Tại Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài. Port 1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được set mức logic 1 trước đó.  PORT 2: Port 2 (các chân từ 21-28) được ký hiệu là P2.0-P2.7 có hai công dụng, hoặc làm nhiệm vụ xuất/nhập có khả năng kéo được 4 ngõ TTL hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu. Khi dùng làm ngõ vào, Port 2 phải được set mức logic 1 trước đó.  PORT 3: Port 3 (các chân từ 10-17) được ký hiệu là P3.0-P3.7 có hai công dụng. Port 3 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được set mức logic 1 trước đó. Khi không hoạt động xuất/nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng. Bảng 1. Chức năng các chân của Port 3 và Port 1 Bit Tên chân Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào bộ định thời hoặc bộ đếm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào bộ định thời hoặc bộ đếm 1 P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài P1.0 T2 90H Ngõ vào bộ đinh thời hoặc bộ đếm 2 P1.1 T2EX 91H Nạp lại hoặc thu nhận của bộ định thời 7  /PSEN: Chân cho phép bộ nhớ chương trình /PSEN (Program store enable) là tín hiệu xuất trên chân 29. Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường nối với chân cho phép xuất /OE ( Output enable ) của EPROM hoặc ROM để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu /PSEN ở mức logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các mã nhị phân của chương trình hay Opcode được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của 8051 để được giải mã. Khi thực thi một chương trình chứa ở ROM nội, chân /PSEN được duy trì ở mức logic không tích cực ( logic 1).  ALE: Ngõ xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE ( address latch enable ) dùng để giải đa hợp ( demultiplexing ) bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte thấp của địa chỉ 16 bit) vào một thanh ghi ngoài trong suốt ½ đầu của chu kỳ bộ nhớ ( memory cycle ). Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp hệ trong suốt ½ thứ hai của chu kỳ bộ nhớ. Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển.  /EA: Ngõ vào /EA có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0).Nếu chân này nối lên 5V chip 8051 thực thi chương trình trong ROM nội. Nếu chân này được nối với GND (và chân /PSEN cũng ở logic 0) thì chương trình cần được thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài.  RESET (RST): Ngõ vào RST là ngõ vào xóa chính (master reset) của 8051 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo ở mức logic 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong của 8051 được nạp lại các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống .  XTAL1, XTAL2: Mạch dao động trên chip được ghép nối với mạch thạch anh bên ngoài ở hai chân XTAL1 và XTAL2, các tụ ổn định cũng đựoc yêu cầu kết nối, giá tri tụ do nhà sản xuất quy định (30p-40p). 1.3 Tổ chức bộ nhớ: Các chip vi điều được dùng làm thành phần trung tâm trong các thiết kế hướng điều khiển, trong đó bộ nhớ có dung lượng giới hạn, không có ổ đĩa và hệ điều hành. Chương trình điều khiển phải thường trú trong ROM nên 8051 có không gian bộ nhớ riêng cho chương trình và dữ liệu, cả hai bộ nhớ chương trình và dữ liệu đều đặt trong chip, tuy nhiên ta có thể mở rộng bộ nhớ chương trình và 8 bộ nhớ dữ liệu bằng cách sử dụng các chip nhớ bên ngoài với dung lượng tối đa là 64K. Bộ nhớ nội trong chip bao gồm ROM và RAM. RAM trên chip bao gồm vùng RAM đa chức năng (general purpose RAM: 30H-7FH), vùng RAM với từng bit được định địa chỉ (bit address locations) gọi tắt là vùng RAM định địa chỉ bit (20H-2FH ), các dãy thanh ghi (bank: 00H-1FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR (special function register: 80H-FFH). Hình 4. Tổ chức bộ nhớ Vùng RAM đa mục đích: Vùng RAM đa mục đích có 80 byte đặt ở địa chỉ từ 30H-7FH. Bất kỳ vị trí nhớ nào trong vùng RAM đa mục đích đều có thể được truy xuất tự do bằng cách sử dụng các kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Ex: MOV A,5FH MOV R0,5FH MOV A,@R0 9 hình 5. Sơ đồ phân bố RAM và các thanh ghi chức năng đặc biệt Vùng RAM định địa chỉ bit: 8051 có 210 vị trí bit được định địa chỉ trong đó 128 bit chứa trong các byte ở địa chỉ từ 20H-2FH và phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc biệt. Các dãy thanh ghi: 32 vị trí thấp nhất của bộ nhớ nội chứa các dãy thanh ghi. Các lệnh của 8051 hỗ trợ 8 thanh ghi từ R0-R7 thuộc dãy 0 (bank 0). Đây là dãy mặc định sau khi reset hệ thống. Các thanh ghi này ở các địa chỉ từ 00H- 07H. [...]... PCON (HMOS) 0xxxxxxxB PCON (CMOS) 0xxx0000B 2 Tìm hiểu về động cơ điện một chiều 2.1 Khái niệm động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển. .. động cơ điện một chiều 2.5 Phân loại Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :  Động cơ điện một chiều kích từ độc lập  Động cơ điện một chiều kích từ song song  Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp  Động cơ. .. cơ của động cơ điện một chiều Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay của động cơ:  = f(M) hoặc n = f(M) trong đó :  - tốc độ góc(rad/s) n - tốc độ quay (v/ph) 17 Có hai loại đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo   o o đm ntđm Mđm M   Mđm M  a)Đặc tính cơ tự nhiên b) Đặc tính cơ nhân tạo M – momen(Nm) Hình 8- Đặc tính cơ của động. .. ứng yên (gọi là phần tĩnh ) - phần chuyển động (gọi là phần quay ) 13 2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Hình 6- Động cơ một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần động (roto) 2.2.1 Phần tĩnh ( stato ) Stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ ( nếu động cơ. .. , điện trở hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều và các linh kiện khác Đặc biệt hơn bài báo cáo này đã giúp em nắm chắc hơn cấu tạo , nguyên lý hoạt động của vi điều khiển , đặc biệt là vi điều khiển AT89C51 một vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trong điện tử Sau khi làm xong bài này em đã biết thêm một mô hình điều khiển động cơ điện một chiều đó là sử dụng mạch cầu H , một. .. thể phát triển để điều khiển động cơ một chiều với công suất lớn hơn có thể sử dụng trong công nghiệp như điều khiển băng tải, các hệ thống điều khiển khác cần sự thay đổi tốc độ của động cơ cũng như cần đảo chiêu động cơ Do làm mô hình nhỏ với tiêu chí tìm hiểu nên động cơ của em chỉ điều khiển quay thuận ,quay ngược , tuy nhiên với vi điều khiển thì có thể điều khiển tốc độ động cơ ở rất nhiều mức... khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ... tác dụng không thay đổi Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiều suất điện động Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động phần ứng Phương trình cân bằng điện áp : U = Eư + Rư.Iư +Iư Mạch roto Trục Cổ góp Chổi than Lõi thép Hình 7 – Cấu tạo động cơ điện một chiều. .. suất tín hiệu cổng P0^0 và P0^3, động cơ quay theo chiều A-B (như hình 15.a) • Khi vi điều khiển suất tín hiệu cổng P0^1 và P0^2, động cơ quay theo chiều B-A (như hình 15.b) • Giả sử bằng cách nào đó (cái cách nào đó chính là nhiệm vụ của người thiết kế mạch) mà 2 khóa L1 và R2 được “đóng lại” (L2 và R1 vẫn m ), bạn dễ dàng hình dung có một dòng điện chạy từ V qua khóa L1 đến đầu A và xuyên qua đối tượng... khó, chỉ cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp 1.2 Nguyên lý hoạt đông của mạch cầu H dùng MOSFET Hình ảnh minh họa nguyên lý hoạt động của mạch cầu H a Động cơ quay thuận b Động cơ quay ngược Hình 15 Mạch cầu H 24 • Trong mạch em dùng vi điều khiển để điều khiển 2 MOSFET kênh N IRF540 và 2 kênh P IRF9540 • Các MOSFET này được sử dụng như những khóa đóng mở để điều khiển chiều của động cơ, MOSFET chịu . PCON (HMOS) 0xxxxxxxB PCON (CMOS) 0xxx0000B 2. Tìm hiểu về động cơ điện một chiều. 2.1 Khái niệm động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một. cơ điện một chiều 2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay của động cơ:  = f(M) hoặc n = f(M) trong. pháp điều khiển hoạt động cho động cơ. Đặc biệt là vi c điều khiển cho động cơ 1 chiều sử dụng vi điều khiển AT89C51. 3. Phương pháp nghiên cứu  Đưa ra ý tưởng thiết kế ( ng dụng vi điều khiển) .