Tính toán thiết kế bộ điều khiển động cơ bước100w sử dụng vi xử lý đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 100W DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN Sinh viên thực hiên Ngày sinh Lớp Khoa Mã sinh viên Giáo viên hướng dẫn : : : : : : Phạm Xuân Nhân 11/07/1983 DLĐĐT10.12 Điều khiển Tự động hóa PGS TS Nguyễn Quang Hùng Bắc Ninh, Tháng 11 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á Phạm Xn Nhân TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 100W DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Quang Hùng Bắc Ninh, Tháng 11 năm 2021 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ nhanh chóng, để đạt kết có đóng góp lớn ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý Với phát triển vũ bão kỹ thuật điện tử , kĩ thuật vi xử lý xâm nhập vào tất ngành khoa học – kỹ thuật khác đáp ứng nhu cầu người dân Sự đời vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kỹ thuật điện tử Và việc ứng dụng kỹ thuật vào thực tế giúp ích nhiều cho người Để góp phần nhỏ vào việc em thực đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển động bước ” thông qua đề tài em có điều kiện tốt để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang đường chọn Trong thời gian nghiên cứu làm đồ án dựa vào kiến thức học trường, qua số sách, tài liệu có liên quan với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo bạn đồ án em hoàn thành Mặc dù cố gắng nghiên cứu trình bày khơng thể tránh khỏi sai sót nhầm lẫn, em mong thầy, giáo bạn đóng góp ý kiến quý báu để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày….tháng….năm 2021 Sinh viên thực Phạm Xuân Nhân MỤC LỤC Mục lục……………………………………………………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Động bước 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động 1.1.3 Các loại động bước 1.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 10 1.2.1 Các cách điều khiển động bước 10 1.2.2 Tính tốn chọn động bước 11 CHƯƠNG II: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 12 2.1 ĐIỆN TRỞ 12 2.1.1 Khái niệm 12 2.1.2 Phân loại điện trở 12 2.2 TỤ ĐIỆN 13 2.2.1 Khái niệm 13 2.2.2 Phân loại tụ điện 13 2.2.3 Ứng dụng tụ điện 14 2.3 DIOD BÁN DẪN 14 2.3.1 Khái niệm 14 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động diod bán dẫn 15 2.4 TRANSISTOR 16 2.4.1 Cấu tạo 16 2.4.2 Nguyên lí làm việc 16 2.4.3 Ứng dụng transistor: 17 2.5 IC ULN2803 17 2.5.1 Cấu tạo 17 2.5.2 Nguyên lí hoạt động 18 2.6 VI XỬ LÝ 89C51 18 2.6.1 Giới thiệu 18 2.6.2 Khảo sát vi điều khiển làm việc 19 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 32 3.1 Sơ đồ khối chức khối mạch điện 32 3.1.1 Sơ đồ khối mạch điện 32 3.1.2 Chức nhiệm vụ khối 32 3.2 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển động bước 32 3.2.1 Khối Nguồn 32 3.2.2 Khối điều khiển 33 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Động bước 1.1.1 Khái niệm Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt so với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động roto vào vị trí cần thiết Hình 1.1 Động bước Động bước có vai trị quan trọng điều khiển chuyển động kĩ thuật số, tự động hóa,… cấu chấp hành trung thành với nhừng lệnh đưa dạng số, chấp hành xác Ta diều khiển quay góc bất kì, xác, dừng vị trí ta muốn Vì vậy, động bước ứng dụng cấu đòi hỏi có đọ xác cao, chuyển động êm 1.1.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động a Cấu tạo: Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ Động bước sử dụng động bước pha, dây điều khiển dây kết nối với cuộn dây động dây dây nguồn cho cuộn dây Mỗi bước động qt góc 1.8 độ, để quay vịng động phải quét 200 bước Động bước mô tả động điện không dùng chuyển mạch Cụ thể, mấu động stator, rotor nam châm vĩnh cửu trường hợp động biến từ trở, khối làm vật liệu nhẹ có từ tính Tất mạch đảo phải điều khiển bên điều khiển, đặc biệt, động điều khiển thiết kế để động giữ nguyên vị trí cố định quay đến vị trí Hầu hết động bước chuyển động tần số âm thanh, cho phép chúng quay nhanh, với điều khiển thích hợp, chúng khởi động dừng lại dễ dàng vị trí b Nguyên lí hoạt động: Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Cúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng sơ góc quay roto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay roto phụ thuộc vạo thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi • Ưu điểm: -Khi dùng động bước không cần mạch phản hồi cho điều khiển vị trí vận tốc -Thích hợp với thiết bị điều khiển số với khả điều khiển sô trực tiếp (động bước trở thành thong dụng trông robot) -Hầu hết động bước chuyển động tần số âm • Nhược điểm: -Công suất thấp (việc nâng cao công suất động bước quan tâm nay) 1.1.3 Các loại động bước Động bước chia làm loại: Nam châm vĩnh cửu biến từ trở (cũng có loại động hỗn hợp nữa, khơng khác biệt với động nam châm vĩnh cửu) Nếu nhãn động cơ, bạn phân biệt hai loại động cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động nam châm vĩnh cửu dường có nấc bạn dùng tay xoay nhẹ rotor chúng, động biến từ trở dường xoay tự (mặc dù cảm thấy chúng có nấc nhẹ giảm từ tính rotor) Bạn phân biệt hai loại động ohm kế Động biến từ trở thường có mấu, với dây chung, đó, động nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có khơng có nút trung tâm Nút trung tâm dùng động nam châm vĩnh cửu đơn cực Động bước phong phú góc quay Các động quay 90 độ bước, động nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ bước Với điều khiển, hầu hết loại động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp chạy chế độ nửa bước, vài điều khiển điều khiển phân bước nhỏ hay cịn gọi vi bước Hình 1.2 Động biến trở từ Đối với động nam châm vĩnh cửu động biến từ trở, mấu động kích, rotor (ở khơng tải) nhảy đến góc cố định sau giữ nguyên góc moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) động Nếu motor bạn có cuộn dây, nối biểu đồ hình 3.1, với đầu nối chung cho tất cuộn, động biến từ trở Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường nối vào cực dương nguồn cuộn kích theo thứ tự liên tục Dấu thập hình 1.2 rotor động biến từ trở quay 30 độ bước Rotor động có stator có cực, cuộn quấn quanh hai cực đối diện Khi cuộn kích điện, X rotor bị hút vào cực Nếu dịng qua cuộn bị ngắt đóng dịng qua cuộn 2, rotor quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ Y hút vào cực Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho cuộn Theo logic đặt ra, bảng có nghĩa có dịng điện qua cuộn, chuỗi điều khiển sau quay động theo chiều kim đồng hồ 24 bước vòng: Cuộn 1001001001001001001001001 Cuộn 0100100100100100100100100 Cuộn 0010010010010010010010010 thời gian ‐‐> Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, phần Các mạch điều khiển bàn việc đóng ngắt dịng điện qua cuộn để điều khiển động từ chuỗi Hình dạng động mơ tả hình 1.2, quay 30 độ bước, dùng số rotor số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực nhiều cho phép động quay với góc nhỏ Tạo mặt bề mặt cực rotor cách phù hợp cho phép bước nhỏ đến vài độ Hình 1.3 Động bước đơn cực Động bước đơn cực, nam châm vĩnh cửu động hỗn hợp, với 5, dây thường quấn sơ đồ hình 1.3, với đầu nối trung tâm cuộn Khi dùng, đầu nối trung tâm thường nối vào cực dương nguồn cấp, hai đầu lại mấu nối đất để đảo chiều từ trường tạo cuộn Sự khác hai loại động nam châm vĩnh cửu đơn cực động hỗn hợp đơn cực khơng thể nói rõ nội dung tóm tắt tài liệu Từ đây, khảo sát động đơn cực, khảo sát động nam châm vĩnh cửu, việc điều khiển động hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự Mấu nằm cực stator, mấu nằm hai cực bên phải bên trái động Rotor nam châm vĩnh cửu với cực, Nam Bắc, xếp xen kẽ vịng trịn Để xử lý góc bước mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng Động 30 độ bước hình thiết kế động nam châm vĩnh cửu thơng dụng nhất, động có bước 15 độ 7.5 độ lớn Người ta tạo động nam châm vĩnh cửu với bước 1.8 độ với động hỗn hợp bước nhỏ đạt 3.6 độ đến 1.8 độ, tốt nữa, đạt đến 0.72 độ Như hình, dịng điện qua từ đầu trung tâm mấu đến đầu a tạo cực Bắc stator cực cịn lại stator cực Nam Nếu điện mấu bị ngắt kích mấu 2, rotor quay 30 độ, hay bước Để quay động cách liên tục, cần áp điện vào hai mấu đông theo dãy Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001 Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110 Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100 Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011 thời gian ‐‐> thời gian ‐‐> Nhớ hai nửa mấu khơng kích lúc Cả hai dãy nêu quay động nam châm vĩnh cửu bước thời điểm Dãy bên trái cấp điện cho mấu thời điểm, mơ tả hình trên; vậy, dùng lượng Dãy bên phải địi hỏi cấp điện cho hai mấu lúc nói chung tạo moment xoắy lớn dãy bên trái 1.4 lần phải cấp điện gấp lần Phần Điều khiển mức trung bình tài liệu cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, cịn phần Các mạch điều khiển nói mạch đóng ngắt mạch điện cần thiết để điều khiển mấu động từ dãy điều khiển Vị trí bước tạo hai chuỗi khơng giống nhau; kết quả, kết hợp chuỗi cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng - Các ghi sử dụng để lưu trữ thông tin q trình xử lý Khi CPU làm việc làm thay đổi nội dung ghi 2.6.2.2 Chức chân vi điều khiển *Port0: Là port có chức chân từ 32 đến 39 thiết kế cỡ nhỏ (không dùng nhớ mở rộng) có hai chức đường IO Đối với thiết kế cỡ lớn (với nhớ mở rộng) kết hợp kênh bus *Port1: Là port I/O chân 1-8 Các chân ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2 dùng cho thiết bị cần Port1 khơng có chức khác, dùng giao tiếp với thiết bị *Port2: Là port công dụng kép chân 21-28 dùng đường xuất nhập byte cao bus địa thiết kế dùng nhớ mở rộng Hình 2.10 Sơ đồ chân vi điều khiển 8951 *Port3: port công dụng kép chân 10-17 Các chân port có nhiều chức năng, cơng dụng chuyển đổi có liên hệ với đặc tính đặc biệt 8951 bảng sau: 21 Bảng 2.11 Chức chân Port3 Bit Tên Chức chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp P3.2 INTO Ngắt bên P3.3 INT1 Ngắt bên P3.4 TO Ngõ vào Timer/Counter P3.5 T1 Ngõ vào Timer/Counter P3.6 WR Xung ghi nhớ liệu P3.7 RD Xung đọc nhớ liệu ngồi *PSEN (Program Store Enable): 8951 có tín hiệu điều khiển PSEN tín hiệu chân 29 Nó tín hiệu điều khiển phép nhớ chương trình mở rộng thường nối đến chân OE (Output Enable) EPROM phép đọc byte mã lệnh *PSEN: mức thấp thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua bus chốt vào ghi lệnh 8951 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình ROM nội PSEN mức thụ động (mức cao) * ALE (Address Latch Enable): Tín hiệu ALE chân 30 tương hợp với thiết bị làm việc với xử lý 8585, 8088, 8086, 8051 dùng ALE cách tương tự cho làm việc giải kênh bus địa liệu port0 đựoc dùng chế độ chuyển đổi nó: vừa bus liệu vừa bus thấp địa chỉ, ALE tín hiệu để chốt địa vào ghi bên nửa đầu chu kỳ nhớ Sau đường port0 dùng để xuất nhập liểutong nửa sau chu kỳ nhớ Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chip dùng nguồn xung nhịp cho hệ thống Nếu xung 8051(8951) 12 MHz ALE có tần số 2MHz Chỉ ngoại trừ thi hành lệnh MOVX, xung ALE bị Chân làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM 8051(8951) * EA (External Access): 22 Tín hiệu vào EA chân 31 thường mắc lên mức cao (+5V) mức thấp (GND) Nếu mức cao, 8051(8951) thi hành chương trình từ ROM nội khoảng địa thấp (4K) Nếu mức thấp, chương trình thi hành từ nhớ mở rộng.Nếu EA nối mức thấp nhớ bên chương trình 8051(8951) bị cấm chương trình thi hành từ EPROM mở rộng Người ta dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V lập trình cho EPROM 8051(8951) * SRT (Reset): Ngõ vào RST chân ngõ Reset 8051(8951) Khi tín hiệu đưa lên mức cao (trong chu kỳ máy), ghi 8951 đựoc tải giá trị thích hợp để khởi động hệ thống * Các ngõ vào dao động chip: 8051(8951) có dao động chip Nó thường nối với thạch anh hai chân 18 19 Các tụ cần thiết Tần số thạch anh thông thường 12 MHz * Các chân nguồn: 8051(8951) vận hành với nguồn đơn +5V VCC nối vào chân 40 VSS (GND) nối vào chân 20 2.6.2.3 Các ghi chức đặc biệt a Từng trạng thái chương trình - Cờ nhớ phụ: Khi cộng số BCD, cờ nhớ phụ (AC) set kết bit thấp khoảng 0AH đến 0FH Nếu giá trị cộng số BCD, sau lệnh cộng cần có DA A (hiệu chỉnh thập phân ghi tích luỹ) để mang kết lớn trở tâm từ ÷ - Cờ 0: Cờ (F0) bit cờ đa dụng dành ứng dụng người dùng - Các bit chọn bank ghi: Các bit chọn bank ghi (RS0 RS1) xác định bank ghi tích cực Chúng xoá sau reset hệ thống thay đổi phần mềm cần Ví dụ: ba lệnh sau cho phép bank ghi di chuyển nội dung ghi R7 (địa byte 1FH) đến ghi tích luỹ: 23 SETB RS1 SETB RS0 MOV A, R7 Khi chương trình hợp dịch địa bit thay cho ký hiệu “RS1” “RS0” Vậy lệnh SETB RS1 giống lệnh SETB 0D4H - Cờ tràn: Cờ tràn (OV) set lệnh cộng trừ có phép tốn bị tràn Khi số có dấu cộng trừ với nhau, phần mềm kiểm tra bit để xác định xem kết có nằm tầm xác định khơng Khi số khơng dấu cộng, bit OV bỏ qua Các kết lớn +127 nhỏ -128 set bit b Thanh ghi B Thanh ghi B địa F0H dùng với ghi tích luỹ A cho phép tốn nhân chia Lệnh MUL AB nhân giá trị không dấu bit A B trả kết 16 bit A (byte thấp) B (byte cao) c Con trỏ ngăn xếp Con trỏ ngăn xếp (SP) ghi bit địa 81H Nó chứa địa byte liệu hành đỉnh ngăn xếp Các lệnh ngăn xếp bao gồm thao tác cất liệu vào ngăn xếp lấy liệu khỏi ngăn xếp Lệnh cất liệu vào ngăn xếp làm tăng Sp trước ghi liệu, lệnh lấy liệu khỏi ngăn xếp đọc liệu làm giảm SP Ngăn xếp 8051/8951 giữ RAM nội giới hạn địa truy xuất địa gián tiếp, chúng 128 byte đầu 8051/8951 Để khởi động lại SP với ngăn xếp bắt đầu 60H, lệnh sau dùng: MOV SP, #%FH Trên 8051/8951 ngăn xếp bị giới hạn 32 byte địa cao RAM chip 7FH d Con trỏ liệu 24 Con trỏ liệu (DPTR) dùng để truy xuất nhớ ghi 16 bit địa 82H (DPL: byte thấp) 83H (DPH: byte cao) Ba lệnh sau ghi 55H vào RAM địa 1000H: MOV A, #55H MOVE DPTR, #1000H MOVX @DPTR, A e Các ghi port xuất nhập: Các port 8951 bao gồm Port0 địa 80H, Port1 địa 90H, Port2 địa A0H Port3 địa B0H Tất port địa hố bit Điều cung cấp khả giao tiếp thuận lợi f Các ghi Timer: 8951 chứa định thời đếm 16bit dùng việc định thời đếm kiện Timer địa 8AH (TL0: byte thấp) 8CH (TH0: byte cao) Timer địa 8BH (TL1: byte thấp) 8DH (TH1: byte cao), việc vận hành timer set ghi Timer Mode (TMOD) địa 89H ghi điều khiển timer (TCON) địa 88H CHỉ có TCON địa hố bit g Các ghi port nối tiếp: 8951 chứa port nối tiếp chip dành cho việc trao đổi thông tin với thiết bị nối tiếp máy tính, modem cho việc giao tiếp với IC khác có giao tiếp nối tiếp (có chuyển đổi A/D, ghi dịch…) Một ghi gọi đệm liệu nối tiếp (SBUF) địa 99H giữ hai liệu truyền nhận Khi truyền liệu ghi lên SBUF, nhận liệu đọc SBUF Các mode vận hành khác lập trình qua ghi điều khiển port nối tiếp (SCON) (được địa hoá bit) địa 98H h Các ghi ngắt: 8951 có cấu trúc nguồn ngắt, mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau reset hệ thống cho phép việc ghi ghi cho phép ngắt (IE) địa 8AH Cả ghi địa hoá bit 2.6.2.4 Bộ nhớ ngồi 8951 có khả mở rộng nhớ đến 64K nhớ chương trình 64K nhớ liệu bên ngồi Do dùng thêm ROM RAM cần 25 Khi dùng nhớ ngoài, port0 khơng cịn port I/O t Nó hợp kênh bus địa (A0 – A7) bus liệu (D0 – D7) với tín hiệu ALE để chốt byte thấp địa bắt đầu chu kỳ nhớ Port2 thông thường dùng cho byte cao bus địa Trong nửa đầu chu kỳ nhớ, byte thấp địa cấp port0 chốt xung ALE Một IC chốt 74HC373 (hoặc tương đương) giữ byte địa thấp phần lại chu kỳ nhớ Trong nửa sau chu kỳ nhớ port0 dùng bus liệu đọc ghi tuỳ theo lệnh a Truy xuất nhớ chương trình ngồi: Bộ nhớ chương trình ngồi IC ROM phép tín hiệu PSEn Hình sau mơ tả cách nối EPROM vào 8951: Port D0-D7 D EA Q 74HC373 A0-A7 8951 ALE EPROM Port Hình 2.12 Giao tiếp 8951 EPROM Một chu kỳ máy 8951 có 12 chu kỳ xung nhịp Nếu dao động chip lái thạch anh 12MHz chu kỳ máy kéo dài 1μs Trong chu kỳ máy có hai xung ALE byte đọc từ nhớ chương trình b Truy xuất nhớ liệu ngồi: 26 Hình 2.13 Sơ đồ truy xuất liệu Bộ nhớ liệu nhớ RAM cho phép ghi/đọc tín hiệu WR RD (các chân P3.6 P3.7 thay đổi chức năng), có cách truy xuất nhớ liệu với lệnh MOVX dùng trỏ liệu (DPTR) 16 bit R0 R1 xem ghi địa Kết nối bus địa bus liệu RAM 8951 giống EPROM lên đến 64byte nhớ RAM Ngoài ra, chân RD 8051/8951 đựoc nối tới chân cho phép xuất (OE) RAM chân WR nối tới chân ghi (WR) RAM Giản đồ thời gian cho lệnh đọc nhớ liệu ngồi vẽ hình sau lệnh MOVX A, @DPTR 2.6.2.5 Hoạt động định thời (TIMER) Truy xuất timer 8051/8951 dùng ghi chức đặc biệt cho bảng: SFR Mục đích Địa Địa hoá bit TCON Điều khiển timer 88H Có TMOD Chế độ timer 89H Khơng TL0 Byte thấp timer 8AH Không TL1 Byte thấp timer1 8BH Không TH0 Byte cao timer 8CH Không TH1 Byte cao timer 8DH Không Bảng 2.14: Thanh ghi chức đặc biệt dùng time 27 a Thanh ghi chế độ timer (TMOD): Thanh ghi TMOD chứa nhóm bit dùng để đặt chế độ làm việc cho timer timer Bit Tên Timer Mô tả GATE Bit (mở) cổng, lên timer chạy INT1 mức cao C/T Bit chọn chế độ counter/timer 1 = đếm kiện = định khoảng thời gian M1 Bit chế độ (mode) M0 Bit chế độ 00: chế độ 0: timer 13 bit 01: chế độ 1: timer 16 bit 10: chế độ 2: tự động nạp lại 8255A bit 11: chế độ 3: tách timer GATE Bit (mở) cổng C/T Bit chọn counter/timer M1 Bit chế độ M0 Bit chế độ b Thanh ghi điều khiển timer (TCON): Thanh ghi TCON chứa bit trạng thái bit điều khiển cho timer timer Bit Ký hiệu Địa Mô tả TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn timer Đặt phần cứng tràn, xoá phần mềm phần cứng xử lý đến chương trình phục vụ ngắt TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer chạy Đặt/xoá phần mềm cho timer chạy/ngưng TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn timer TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển timer chạy 28 TCON.3 IE1 8BH Cờ cạnh ngắt bên TCON.2 IT1 8AH kiểu ngắt bên Đặt phần cứng phát cạnh xuống INT1, xoá phần mềm phần cứng CPU đến chương trình phục vụ ngắt Đặt/xố phần mềm để ngắt ngồi tích cực cạnh xuống/mức thấp TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt bên TCON.0 ITO 88H Cờ kiểu ngắt bên c Chế độ 0, chế độ timer 13 bit: Ba bit cao TLX (TL0 và/hoặc TL1) không dùng Hoạt động timer 16 bit đầy đủ Cờ báo tràn bit TFx TCON đọc ghi phần mềm MSB giá trị ghi timer bit THx LBS bit TLx Các ghi timer (TLx/THx) đọc ghi lúc phần mền d Chế độ - Chế độ tự động nạp lại bit: TLx hoạt động timer bit, THx giữ nguyên giá trị nạp Khi số đếm tràn từ FFH đến 00H, cờ timer set mà giá trị THx đồng thời nạp vào TLx Việc đếm tiếp tục từ giá trị lên đến FFH xuống 00H nạp lại…chế độ thông dụng tràn timer xảy khoảng thời gian định tuần hoàn khởi động TMOD THx e Chế độ - Chế độ tách timer: Timer tách thành hai timer bit (TL0 TH0), TL0 có cờ báo tràn TF0 TH0 có cờ báo tràn TF1 29 Timer ngưng chế độ 3, khởi động cách chuyển sang chế độ khác Giới hạn cờ báo tràn TF1 khơng cịn bị tác động timer bị tràn nối tới TH0 Khi timer chế độ 3, cho timer chạy ngưng cách chuyển ngồi vào chế độ Nó sử dụng port nối tiếp tạo tốc độ baud sử dụng cách khơng cần ngắt (vì khơng cịn nối với TF1) 2.6.2.6 Hoạt động ngắt Ngắt hoạt động ngừng tạm thời chương trình để tiến hành chương trình khác Các ngắt có vai trò quan trọng thiết kế khả thực thi vi điều khiển Chúng cho phép hệ thống đáp ứng không lúc tới công việc giải cơng việc chương trình khác thực thi Một hệ thông điều khiển ngắt cho ảo giác làm nhiều việc đồng thời CPU lần thực thi chương trình để thực thi chương trình khác, quay chương trình đầu có u cầu ngắt Chương trình giải ngắt gọi chương trình phục vụ ngắt (ISR : Interrupt Service Reutine) Ở 89C51 có nguồn ngắt: - ngắt - ngắt từ timer - ngắt port nối tiếp Tất ngắt không đặt sau reset hệ thống cho phép ngắt riêng rẽ phần mềm a Các ngắt timer: Các ngắt timer có địa vector ngắt 000BH (timer 0) 001BH (timer 1) Ngắt timer xảy ghi timer tràn (TLx THx) set cờ báo tràn (TFx) lên Các cờ timer (TFx) khơng bị xố phần mềm Khi cho phép ngắt, TFx tự động bị xoá phần cứng CPU chuyển đến ngắt b Các ngắt cổng nối tiếp: Ngắt cổng nối tiếp xảy cờ ngắt phát (TI) cờ ngắt thu (KI) đặt lên Ngắt phát xảy ký tự nhận xong đợi SBUF để đọc 30 Các ngắt cổng nối tiếp khác với ngắt cổng timer Cờ gây ngắt cổng nối tiếp khơng bị xố phần cứng CPU chuyển tới ngắt Do có hai nguồn ngắt cổng nối tiếp TI RI Nguồn ngắt phải xác định ISR cờ tạo ngắt xố phần mềm Các ngắt timer có cờ ngắt xoá phần cứng CPU hướng tới ISR c Các ngắt ngoài: - Các ngắt xảy có mức thấp cạnh xuống chân INT0 INT1 vi điều khiển Đây chức chuyển đổi bit port (Port 3.2 port 3.3) Các cờ tạo ngắt bit IE0 IE1 TCON Khi quyền điều khiển chuyển đến ISR, cờ tạo ngắt xố ngắt tích cực cạnh xuống Nếu ngắt tích cực theo mức, nguồn u cầu ngắt bên điều khiển mức cờ thay cho phần cứng Sự lựa chọn ngắt tích cực mức thấp hay tích cực cạnh xuống lập trình qua bit IT0 IT1 tong TCON Nếu IT1 = 0, ngắt tác động mức thấp chân IT1 Nếu IT1 = ngắt tác động cạnh xuống Trong chế độ này, mẫu liên tiếp chân INT1 mức cao chu kỳ mức thấp chu kỳ kế, cờ yêu cầu ngắt IE1 TCON đặt lên 1, bit IE1 yêu cầu ngắt Nếu ngắt ngồi tác động cạnh xuống nguồn bên phải giữ chân tác động mức cao tối thiểu chu kỳ giữ mức thấp thêm môt chu kỳ để đảm bảo phát cạnh xuống Nếu ngắt tác động theo mức nguồn bên ngồi phải giữ tín hiệu yêu cầu tác động ngắt không tác động yêu cầu ngắt trước ISR hồn tất Nếu khơng ngắt khác lặp lại 31 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 3.1 Sơ đồ khối chức khối mạch điện 3.1.1 Sơ đồ khối mạch điện Khối nguồn Khối vi điều khiển Khối công suất 3.1.2 Chức nhiệm vụ khối • Khối nguồn:Mạch sử dụng nguồn riêng biệt,nguồn 5v nuôi cho hệ thống vi điều khiển nguồn 5v dùng cho mạch động lực • Khối vi điều khiển:khối gồm có hệ thống vi điều khiển,các nút nhấn nhập tín hiệu đầu vào chân tín hiệu đầu điều khiển van công suất điều khiển động chạy với chương trình điều khiển.Trong mạch sử dụng vi điều khiển At89C51 động điện chiều loại 5V để mơ chương trình Khối cơng suất:gồm có van cơng suất thực việc đóng ,mở nguồn điện cấp cho động có động thiết bị chấp hành thực lênh điều khiển 3.2 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển động bước 3.2.1 Khối Nguồn Hình 5.1 Sơ đồ khối nguồn 32 3.2.2 Khối điều khiển Hình 5.2 Sơ đồ khối điều khiển • Khối điều khiển khối quan trọng nhất, đóng vai trị linh hồn hệ thống, trung tâm xử lý tín hiệu vào-ra • Khối điều khiển sử dụng IC AT89C51 • Nhận tín hiệu mức từ nút nhấn, vi điều khiển thực chức lập trình sẵn chương trình điều khiển để xuất tín hiệu điều khiển chân p2.0, p2.1, p2.2, p2.3 đề đưa tín hiệu mạch cơng suất điều khiển động • 33 KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài dựa tài liệu tham khảo kiến thức học, với hướng dẫn tận tình thầy giáo: Nguyễn Quang Hùng Sau khoảng thời gian dài miệt mài nghiên cứu học hỏi, kết đạt em hoàn thành đồ án với đề tài: “Tính tốn thiết kế điều khiển động bước ứng dụng vi điều khiển” Kết đạt được: - Thiết kế thành công mạch điều khiển động bước - Sử dụng thành thạo phần mềm mô Proteus - Nắm vững chức năng, nguyên lí loại linh kiện, đặc biệt động bước - Nâng cao khả hàn mạch thiết kế, bố trí linh kiện phít đồng Hướng phát triển: - Đưa động bước vào hệ thống Ơ tơ như: Hệ thống chân ga tự động, hệ thống sổ điện, hệ thống gạt nước rửa kính, … - Ứng dụng vào nhiều ngành như: Ngành tự động hóa (chế tạo robot, điều khiển lập trình gia cơng cắt gọt) - Động bước phát triển để ứng dụng vào cơng nghệ máy tính (có loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm ) Trong suốt trình nghiên cứu học hỏi em gặp nhiều khó khăn kiến thức kĩ kinh nghiệm thực hành Dưới hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn em cố gắng vượt qua khó khăn để hồn thành tốt đề tài Tuy nhiên, lượng kiến thức hạn chế em có thiếu sót q trình làm đồ án Vì em mong đươc học hỏi nhiều từ thầy cô bạn bè để kiến thức ngày hoàn thiện Và sau em tự tin mang kinh nghiệm kiến thức khoa học phục vụ cho đất nước ngày phát triển Em xin chân thành cảm ơn ! 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quang Hùng, Trần Ngọc Bình - Động bước, Nxb KHKT 2003 [2] Tống Văn Ôn - Họ vi điều khiển 8051, Nxb LĐXH 2009 [3] http://www.dientuvietnam.net/forums/ [4]http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99ng_c%C6%A1_b%C6% B0%E1%BB%9Bc [5] http://www.hocavr.com/index.php/software/protues [6] http://mcu.banlinhkien.vn/threads/bai-7-dieu-khien-dong-co-buoc.335/ 35