báo cáo bài tập lớn đo và điều khiển tốc độ động cơ dùng vi điều khiển 8051

Vì vậy, việc điều chỉnh tốc độ động cơ là một yêu cầu tấtyếu đối với máy sản xuất.Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều DC motor có nhiều ưu việt hơnso với các loại độ

Nhiệm vụ thiết kế

● Lựa chọn vi điều khiển

Vi điều khiển được lựa chọn để nghiên cứu và thiết kế trong đề tài là vi điều khiển AT89C52

●Phương pháp điều khiển động cơ: Động cơ được điều khiển theo phương pháp điều chỉnh độ rộng xung

(Pulse Width Modulation – PWM) Thay đổi độ rộng xung để thay đổi điện áp trung bình cấp cho động cơ Độ rộng xung càng lớn thì động cơ chạy càng nhanh và ngược lại.

● Encoder và đọc Encoder bằng cảm biến chữ U Để điều khiển được số vòng quay hay vận tốc của động cơ thì chúng ta bắt buộc phải đọc được góc quay của motor Một số phương pháp có thể dùng để xác định góc quay của motor bao gồm dùng tachometer (cảm biến vận tốc), dùng biến trở xoay hoặc dùng optical encoder (encoder quang học) Hai phương pháp đầu tiên là phương pháp analog còn dùng encoder quang học là phương pháp digital Hệ thống optical encoder gồm một nguồn phát quang, một cảm biến quang và một đĩa có khe thủng gắn trên trục động cơ Cứ mỗi lần động cơ quay được một vòng, tia hồng ngoại sẽ từ nguồn phát xuyên qua lỗ thủng đến cảm biến quang, từ đó xuất hiện một tín hiệu trên cảm biến Như vậy mỗi vòng quay của động cơ sẽ làm xuất hiện một xung.

●Thiết kế các phím chức năng tương ứng để Dừng Quay thuận Quay nghịch, Tăng tốc, Giảm tốc cho động cơ.

●Hiển thị lên màn hình LCD các chức năng tương ứng khi động cơ vận hành và tốc độ của động cơ Điều này sẽ giúp ta theo dõi được động cơ đang vận hành ở chế độ nào, tốc độ động cơ là bao nhiêu để có thể điều khiển trong các trường hợp khác nhau.

Kế hoạch thực hiện

Tuần Kế hoạch nhóm Trạng thái

-Nghiên cứu yêu cầu chi tiết và xác định thông số kỹ thuật.

-Chuẩn bị môi trường lập trình.

-Hỗ trợ việc thiết kế hệ thống. Đã hoàn thành

- Thiết kế sơ đồ chức năng của hệ thống

- Bắt đầu mô phỏng trên proteus

-Lập trình hiển thị trên LCD.

-Kiểm thử và debug cho phần lập trình cơ bản. Đã hoàn thành

- CV1: Lập trình chức năng đo và hiển thị tốc độ động cơ

- CV4: Điều chế xung PWM

- CV2: Lập trình chức năng điều khiển tốc độ từ người dùng qua phím chức năng.

-CV3: Bắt đầu lập trình kết nối với máy tính qua cổng UART. Đã hoàn thành:

Hoàn Thiện - Kiểm thử tích hợp giữa LCD và UART

- Chuẩn bị cho buổi demo

- Kiểm thử nghiệm chức năng và tối ưu hóa mã nguồn

- Chuẩn bị cho buổi demo Đã hoàn thành:

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ một chiều

Nguyên lý hoạt động

Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường Khi có dòng điện chạy qua dây quấn phần ứng được đặt trong từ trường của stator, cuộn dây sẽ chịu tác động của lực từ theo nguyên lý bàn tay trái củaFleming Các lực này gây nên momen quay cho cuộn dây và khiến cho rotor quay Khi quay được nửa vòng, vị trí hai cạnh bên của cuộn dây sẽ được hoán đổi cho nhau Nhờ có bộ phận cổ góp mà chiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác động không thay đổi Tuy nhiên,khi mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ thì momen lực từ gần như bằng không Điều này sẽ làm rotor quay không đều Để khắc phục điều này, ta thêm nhiều cuộn dây xen kẽ liên tiếp Trong thực tế, phần rotor còn được gắn thêm lõi sắt xem vào các vòng dây và trục quay để tăng cường thêm lực từ.

Đặc điểm và phân loại

Động cơ một chiều có quán tính cơ tương đối nhỏ, do đó dễ điều chỉnh tốc độ trong một khoảng khá rộng Động cơ một chiều có momen khởi động và làm việc ổn định khi tải thay đổi. Tuy nhiên, động cơ một chiều có cấu tạo phức tạp do có cơ cấu chổi than vành góp nên phải bảo dưỡng định kì. Ưu điểm của động cơ một chiều là có nhiều phương pháp thay đổi tốc độ, dễ dàng trong việc điều chỉnh tốc độ và cả chiều quay nên hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phân loại theo phương pháp kích từ, ta có các loại động cơ điện một chiều sau:

● Kích từ độc lập: phần ứng và cuộn kích từ được cấp điện bằng hai nguồn một chiều riêng rẽ

● Kích từ song song: cuộn kích từ và phần ứng được mắc song song với nhau

● Kích từ nối tiếp: cuộn kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng

● Kích từ hỗn hợp: gồm có hai cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng, cuộn còn lại mắc nối tiếp với phần ứng

Tương ứng với mỗi loại động cơ trên là các đặc tính, đặc điểm kĩ thuật, điều khiển và ứng dụng tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trong đề tài này, nhóm em chỉ xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.

Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation)

Phương pháp PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi của điện áp ra PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Lấy ví dụ điển hình nhất mà chúng ta thường gặp là điều khiển động cơ và các bộ băm xung áp, điều áp… PWM được sử dụng để điều khiển động cơ chạy nhanh hay chậm hoặc cao hơn nữa nó còn được dùng để ổn định tốc độ động cơ.

Mạch điều khiển động cơ bằng phương pháp PWM hoạt động dựa theo nguyên tắc cấp nguồn cho motor bằng chuỗi xung đóng mở với tốc độ nhanh Nguồn DC được chuyển thành tín hiệu xung vuông, chỉ gồm hai mức: mức thấp ở 0 V và mức cao xấp xỉ điện áp làm việc của động cơ. Tín hiệu xung vuông này sẽ được cấp cho motor Nếu tần số chuyển mạch đủ lớn thì motor sẽ chạy với một tốc độ đều đặn phụ thuộc vào momen của trục quay.

Với phương pháp PWM, tốc độ của động cơ được điều chỉnh thông qua việc điều chế độ rộng của xung, tức là thời gian “đầy xung” (“ON”) của chuỗi xung vuông được cấp cho motor Việc điều chỉnh này sẽ tác động đến công suất trung bình cấp cho motor và do đó sẽ thay đổi được tốc độ của motor cần điều khiển.

Như trên hình, với dãy xung điều khiển trên cùng, độ rộng của xung “ON” nhỏ (20% chu kì xung) nên động cơ sẽ chạy chậm Tăng độ rộng của xung “ON” lên càng lớn thì động cơ chạy càng nhanh.

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của PWM

PWM được thực hiện theo nguyên tắc đóng cắt nguồn của tải một cách có chu kì theo quy luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực hiện vụ đó trong mạch là các van bán dẫn(transistor, MOSFET…)

Xét hoạt động đóng cắt của mạch dùng van bán dẫn MOSFET

Trong khoảng thời gian 0 đến t o , ta cho van bán dẫn mở, toàn bộ điện áp nguồn U d được đưa ra tải Còn trong khoảng thời gian t o đến T, cho van khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì vậy với t o biến thiên từ 0 đến T, ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hoặc khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.

Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải U t :

T = D% U max Trong đó: U max là điện áp của nguồn cấp; T là chu kì xung

Tlà hệ số điều chỉnh (tính bằng %)

2.2.3 Các phương pháp tạo xung PWM Để tạo ra được PWM, hiện nay có hai cách thông dụng: bằng phần cứng và phần mềm Nếu dùng phần cứng thì có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là tạo trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như 555, LM556… Bằng phần mềm thì có thể tạo bằng các chip có thể lập trình được Việc tạo bằng phần mềm cho độ chính xác cao và mạch đơn giản hơn nhiều so với phương pháp bằng phần cứng

Nhóm em sẽ chọn cách điều xung PWM bằng cách lập trình Việc thực hiện đơn giản là đưa một chân nào đó của vi điều khiển lên mức 1, sau đó đưa xuống mức 0 Công việc này được lặp

Hình 2.4: Điều chỉnh độ rộng xung dùng MOSFET đi lặp lại liên tục sẽ tạo ra xung, và tốc độ của động cơ sẽ tăng giảm tương ứng với điện áp được điều chỉnh được tính toán theo công thức trên.

Phương pháp điều khiển chiều quay của động cơ điện một chiều

Chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của momen phần ứng Để thay đổi chiều của momen ta có thể dùng hai phương pháp sau:

- Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều dòng điện trong phần ứng

- Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều từ thông, cụ thể là chiều dòng điện kích từ Đổi chiều quay của động cơ điện trong khi đang làm việc về nguyên tắc cũng có thể được thực hiện bằng cả hai phương pháp trên Tuy nhiên trong thực tế chỉ được dùng phương pháp đổi chiều dòng điện phần ứng Phương pháp đổi chiều quay của động cơ bằng cách đổi chiều dòng kích từ không được sử dụng vì cuộn kích từ có nhiều vòng dây, do đó có hệ số tự cảm L rất lớn. Việc thay đổi chiều dòng điện kích từ sẽ dẫn đến sự xuất hiện của sức điện động tự cảm có trị số rất cao, gây quá điện áp và đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích Ngoài ra, phương pháp đổi chiều dòng kích từ có thể làm tốc độ động cơ tăng lên quá mức, không tốt cho động cơ.

2.3.2 Mạch đảo chiều quay động cơ dùng mạch cầu H

Mạch cầu H thực chất là một mạch điện giúp tự động đảo chiều dòng điện đi qua một đối tượng (cụ thể ở đây là động cơ DC) khi có tín hiệu điều khiển.

Phần tử chính của mạch cầu H là các “khóa” Việc chọn linh kiện để làm các khóa này phụ thuộc vào mục đích sử dụng mạch cầu, loại đối tượng cần điều khiển, công suất tiêu thụ của đối tượng Nhìn chung, các khóa của mạch cầu H thường được chế tạo bằng rơle (relay), BJT (Bipolar Junction Transistor) hay MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor).

Sơ đồ cơ bản của một mạch cầu H:

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H rất đơn giản Đóng khóa L1 và khóa R2, ngắt khóa R1 và khóa L2, dòng điện sẽ đi qua động cơ theo chiều từ (+) đến (-), động cơ sẽ quay theo chiều thuận Ngược lại, đóng khóa R1 và L2, ngắt khóa L1 và R2, dòng điện sẽ đi qua động cơ theo chiều từ (-) đến (+), động qua quay theo chiều ngược.

2.3.3 Mạch cầu H dùng 4 transistor (hoặc MOSFET)

Hình 2.5: Mạch cầu H dùng 4 transistor

Mạch dùng 4 transistor, trong đó Q1 và Q3 là loại p-n-p, Q2 và Q4 là loại n-p-n Mạch được điều khiển bởi tín hiệu điều khiển (THDK). Điều khiển ở chế độ quay thuận: Ở chế độ quay thuận, ta cấp tín hiệu điều khiển vào 4 con transistor và điều kiện để có dòng điện thuận chạy qua tải trong một thời điểm là THDK = 0, lúc này:

+ Q1 và Q4 sẽ mở ra và dẫn dòng

Sẽ có dòng điện từ Vcc, qua Q1, qua động cơ, qua Q4 đến GND Động cơ quay thuận. Điều khiển ở chế độ quay ngược: Ở chế độ quay ngược, điều kiện để có dòng điện thuận ngược qua tải trong một thời điểm là THDK = 1, lúc này:

+ Q2 và Q3 mở ra và dẫn dòng

Sẽ có dòng điện từ Vcc, qua Q3, qua động cơ, qua Q2 đến GND Động cơ quay ngược. Ưu, nhược điểm của mạch cầu H:

+ Ưu điểm: thiết kế và điều khiển đơn giản, tiết kiệm chi phí

+ Nhược điểm: Xảy ra hiện tượng trùng dẫn ở 2 nửa cầu của mạch H Tức là khi có tín hiệu cho phép van Q2 và Q3 dẫn, van Q1 và Q4 chưa kịp đóng lại ngay, dẫn đến hiện tượng ngắn mạch giữa Vcc và GND Dòng điện ngắn mạch này gây tổn hao, quá tải và phát nhiệt trên van Do đó khoảng thời gian chuyển giữa 2 tín hiệu điều khiển phải đủ lớn để tránh trường hợp trùng dẫn.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Khối XỬ LÝ TRUNG TÂM

AT89C52: là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội

Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển.

Trên hình 1 là sơ đồ bố trí chân của 8051 Ta thấy rằng trong 40 chân thì có 32 chân dành cho các cổng P0 P1 P2 , , và P3 với mỗi cổng có 8 chân Các chân còn lại được dành cho

Hình 3.1: Sơ đồ khối nguồn VCC, đất GND, các chân dao động XTAL1 và XTAL2, chân Reset RST, chân cho phép chốt địa chỉ ALE, chân truy cập địa chỉ ngoài EA, cho phép cất chương trình PSEN. Trong 8 chân này thì 6 chân VCC , GND XTAL1 XTAL2 RST , , , và EAđược các họ 8051 sử dụng Hay nói cách khác là chúng phải được nối để cho hệ thống làm việc Còn hai chân khác là PSEN và ALE được sử dụng chủ yếu trong các họ 8031.

Chân số 40 là Vcc, có chức năng cấp điện áp nguồn cho chip Nguồn điện áp là +5V.

Chân số 20 là GND, được nối với đất.

8051 có một bộ dao động trên chíp nhưng nó yêu cầu có một xung đồng hồ ngoài để chạy nó Một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầu vào XTAL1 (chân 19) và XTAL2 (chân 18) Bộ dao động thạch anh được nối tới XTAL1 và XTAL2 cũng cần hai tụ gốm giá trị khoảng 30pF Một phía của tụ điện được nối xuống đất như được trình bày trên hình a.

Cần phải lưu ý rằng có nhiều tốc độ khác nhau của họ 8051 Tốc độ được coi như là tần số cực đại của bộ dao động được nối tới chân XTAL Một bộ vi điều khiển 8051 yêu cầu một tinh thể thạch anh có tần số không lớn hơn 20MHz Khi 8051 được nối tới một bộ dao động tinh thể thạch anh và cấp nguồn thì ta có thể quan sát tần số trên chânXTAL2 bằng máy hiện sóng Nếu ta quyết định sử dụng một nguồn tần số khác bộ dao động thạch anh, chẳng hạn như là bộ dao động TTL thì nó sẽ được nối tới chân XTAL1, còn chân XTAL2 thì để hở không nối như hình b.

RST là chân số 9 - Reset Nó là một chân đầu vào có mức tích cực cao (bình thường ở mức thấp) Khi cấp xung cao tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ đượcReset và kết thúc mọi hoạt động Điều này thường được coi như là sự tái bật nguồn.Khi kích hoạt tái bật nguồn sẽ làm mất mọi giá trị trên các thanh ghi

Hình vẽ trình bày cách nối chân RST với mạch Reset. Để đầu vào Reset hiệu quả thì xung cấp cho nó tối thiểu 2 chu kì máy.

Trong 8051: 1 chu kỳ máy được tính bằng 12 chu kỳ dao động

EA có nghĩa là truy cập ngoài (External Access): là chân số 31 trên vỏ kiểu DIP.

Nó là một chân đầu vào và phải được nối hoặc với Vcc hoặc GND Hay nói cách khác là nó không được để hở.

PSEN là chân đầu ra cho phép cất chương trình (Program Store Enable) trong hệ thống

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE là chân đầu ra tích cực cao Chân ALE được sử dụng để phân kênh địa chỉ và dữ liệu.

Các chân cổng vào/ra và các chức năng của chúng a) Cổng P0

Cổng P0 chiếm tất cả 8 chân (từ chân 32 đến 39) Nó có thể được dùng như cổng đầu ra, để sử dụng các chân của cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo bên ngoài 10k Điều này là do một thực tế là cổngP0 là một máng mở khác với các cổng P1 P2, và P3 Khái niệm máng mở được sử dụng trong các chíp MOS về chừng mực nào đó nó giống như collector hở đối với các chíp TTL. b) Cổng P1

Cổng P1 cũng chiếm tất cả 8 chân (từ chân 1 đến chân 8) nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra So với cổng P0 thì cổng này không cần đến điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong Trong quá trình Reset thì cổng P1 được cấu hình như một cổng đầu ra.

Cổng P1 là đầu vào: Tương tự P0, để biến cổng P1 thành đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi 1 đến tất cả các bit của nó c) Cổng P2

Cổng P2 cũng chiếm 8 chân (các chân từ 21 đến 28) Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra, giống như cổng P1, cổng P2 cũng không cần điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong Khi Reset, thì cổng P2 được cấu hình như một cổng đầu ra.

Cổng P2 là đầu vào: Để tạo cổng P2 như đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi các số 1 tới tất cả các chân của nó d) Cổng P3

Cổng P3 chiếm tổng cộng là 8 chân từ chân 10 đến chân 17 Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra Cống P3 không cần các điện trở kéo cũng như P1 và P2 Mặc dù cổng P3 được cấu hình như một cống đầu ra khi Reset, nhưng đây không phải là cách nó được sử dụng phổ biến nhất. Cống P3 được bổ sung các chức năng quan trọng, đặc biệt Bảng sau cung cấp các chức năng khác của cổng P3.

Bít của cống P3 Chức năng chân số

Các chức năng khác của cống P3

Các bit P3.0 và P3.1 cung cấp tín hiệu nhận và phát dữ liệu trong truyền thông dữ liệu nối tiếp.

Các bit P3.2 và P3.3 được dành cho các ngắt ngoài.

Bit P3.4 và P3.5 được dùng cho các bộ định thời 0 và 1.

Cuối cùng các bit P3.6 và P3.7 để ghi và đọc các bộ nhớ ngoài khi được nối tới các hệ thống8031.

Khối NGUỒN

Trong thực tế ngày nay đối với các vi điều khiển,IC… người ta đa số dung mức tương thích TTL hơn là CMOS Mức TTL có chuẩn dương 5V và chuẩn âm 0V Các chip vi điều khiển , IC TTL…đòi hỏi phải có nguồn cung cấp ổn định 5V(dao động từ 4.75 tới 5.25) nếu điện áp không nằm trong giải đó mà xuống thấp hơn thì IC không hoạt động, cao hơn thì IC cháy hỏng.

Khối HIỂN THỊ

Nhiệm vụ của khối hiển thị là nhận tín hiệu từ vi điều khiển để hiển thị tốc độ, độ rộng xung, chiều quay của động cơ lên màn hình LCD.

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại LCD với mẫu mã và hình dạng khác nhau Dựa trên kích cỡ và hiển thị có thể chia LCD ra làm hai loại chính:

● LCD hiển thị kí tự (Character LCD) có các kích cỡ: 16x1, 16x2, 16x4… Mỗi kí tự được tạo thành bởi một ma trận các điểm sáng kích thước 5x7 hoặc 5x10 điểm ảnh

● LCD hiển thị đồ họa (Graphic LCD) đen trắng hoặc màu, gồm các kích thước 1.47 inch (128x128 điểm ảnh), 1,8 inch (128x160 điểm ảnh), 2 inch (176x220 điểm ảnh), 2,2 inch (240x320 điểm ảnh), 2,4 inch (240x320 điểm ảnh), 3,5 inch (320x240 điểm ảnh), 4,3 inch (480x272 điểm ảnh ), 7 inch (800x480 điểm ảnh), 8 inch (800x600 điểm ảnh) Loại LCD này được dùng nhiều trong điện thoại di động, máy ảnh số, camera…

LCD được nhóm em sử dụng là loại có 16 chân, với chức năng từng chân được ghi trong bảng dưới đây:

3 VEE - Điều khiển độ tương phản của LCD

4 RS I RS = 0: chọn thanh ghi lệnh

RS =1: chọn thanh ghi dữ liệu

5 RW I RW = 1: đọc dữ liệu RW = 0: ghi dữ liệu

6 E I/O Cho phép LCD hoạt động

Hình 3.6: Hình ảnh một LCD 16x2 trong thực tế

15 A - Nguồn dương cho đèn nền

16 K - GND cho đèn nền Ý nghĩa các chân của LCD:

● Chân VCC, VSS cấp dương nguồn +5V và nối đất tương ứng Chân VEE được dùng để điều khiển độ tương phản cho LCD

● Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có 2 thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn 2 thanh ghi này như sau: nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi đến một lệnh như xóa 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.

● Chân đọc/ghi RW: Đầu đọc/ghi cho phép người dùng gửi thông tin trên LCD Khi RW 0 thì ghi, RW = 1 thì đọc

● Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó, khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một mức xung từ cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân chốt dữ liệu Xung này phải rộng tối thiểu 450ns.

● Chân D0 ÷ D7: đây là 8 chân ghi dữ liệu 8 bit, dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung các thanh ghi trên LCD Để hiển thị các chữ cái và con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, từ a đến z và các con số từ 0 đến 9 đến các chân này khi RS = 1.

Cũng có các mã lệnh mà có thể gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ Chúng ta cũng dùng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin hay không Cờ bận là D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và RS = 0 như sau: nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận bằng 1) thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới. Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên.

6 Tăng con trỏ (Dịch con trỏ sang phải)

5 Dịch hiển thị sang phải

7 Dịch hiển thị sang trái

8 Tắt hiển thị, tắt con trỏ

A Tắt hiển thị, bật con trỏ

C Bật hiển thị, tắt con trỏ

E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ

F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ

10 Dịch vị trí con trỏ sang trái

14 Dịch vị trí con trỏ sang phải

18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái

1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

80 Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất

C0 Ép con trỏ về đầu dòng thứ hai

38 Hai dòng và ma trận 5x7

Các lệnh giao tiếp LCD Để thực hiện các giao tiếp với LCD cần có các lệnh và địa chỉ lệnh Các lệnh được mô tả dưới bảng sau:

Lệnh RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Mô tả

Xóa toàn bộ màn hình và đặt địa chỉ 0 của DDRAM vào bộ nhớ Trở về đầu dòng 0 0 0 0 0 0 0 0 1 - Đặt địa chỉ 0 của

DDRAM như bộ đếm địa chỉ Trả hiển thị dịch về vị trí gốc DDRAM không đổi Đặt chế độ truy nhập

0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S Đặt hướng chuyển dịch con trỏ và xác định dịch hiển thị các thao tác này được thực hiện khi đọc/ghi dữ liệu Điều khiển bật tắt hiển thị

0 0 0 0 0 0 1 D C B Đặt bật/tắt màn hình.

(D) Bật/tắt con trỏ và (C) nhấp nháy kí tự ở vị trí con trỏ (B)

Dịch hiển thị và con trỏ chức năng

Dịch con trỏ/hiển thị qua trái/phải mà không phải đọc/ghi lại dữ liệu

Khởi tạo giao diện của độ dài dữ liệu

Thiết lập địa chỉ bộ nhớ tạo kí tự, dữ liệu được gửi/nhận sau thiết lập này. Đọc cờ bận 0 1 BF Địa chỉ CGRAM/DDRAM Đọc cờ bận BF

Các kí hiệu viết tắt trong bảng là:

● DDRAM: RAM dữ liệu hiển thị, Display Data RAM

● CGRAM: RAM máy phát kí tự, Character Generator RAM

● I/D: thiết lập hướng dịch chuyển của con trỏ, I/D = 0: giảm, I/D = 1: tăng

● S: thiết lập dịch chuyển hiển thị, S = 0: không dịch chuyển hiển thị, S =1: dịch chuyển hiển thị.

● D: bật tắt hiển thị (D = 0: tắt, D = 1: bật)

● C: bật tắt con trỏ (C = 0: tắt, C = 1: bật)

● B: bật tắt con trỏ nhấp nháy tại vị trí của kí tự (B = 0: tắt, B = 1: bật)

● S/C = 0: di chuyển con trỏ, S/C = 1: dịch chuyển hiển hị

● DL = 0: độ dài 4 bit, DL = 1: độ dài 8 bit

● BF = 1: LCD bận, BF = 0: LCD có thể nhận lệnh.

Khối CÔNG SUẤT

Xung PWM không trực tiếp làm quay động cơ mà thông qua một mạch công suất gọi là driver Driver cho động cơ DC chính là mạch cầu H Chip L298 là một chip được tích hợp 2 mạch cầu H trong gói 15 chân L298 có điện áp định mức lớn nhất là 50V và dòng điện định mức lớn hơn 2A nên rất thích hợp cho các ứng dụng công suất nhỏ như các loại động cơ DC nhỏ và vừa

Chip L298 có tích hợp 2 mạch cầu H nên có thể dùng để điều khiển 2 đối tượng cùng lúc Ý nghĩa của các chân như sau:

Hình 3.8: Mô phỏng chip L298 trong phần mềm Proteus

Hình 3.9: Cấu tạo bên trong chip L298

● INT1 và IN2: hai chân cấp tín hiệu điều khiển động cơ số 1

● INT3 và IN4: hai chân cấp tín hiệu điều khiển động cơ số 2

● ENA: chân cho phép mạch điều khiển 1 hoạt động

● ENB: chân cho phép mạch điều khiển 2 hoạt động

● OUT1 và OUT 2: kết nối với động cơ số 1

● OUT 3 và OUT4: kết nối với động cơ số 2

● SENA và SENB: nối xuống GND

Ngoài ra còn bố trí thêm 4 diode để ngăn dòng điện ngược khi động cơ dừng hoạt động, tránh ảnh hưởng đến các transistor.

Khối ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (DC Motor)

Động cơ một chiều nhóm em sử dụng trong đồ án này có tích hợp Encoder, hỗ trợ 2 kênh A,

B có tác dụng đo tốc độ và xác định chiều quay của động cơ.

Các thông số của động cơ:

Encoder của động cơ một chiều:

Encoder được sử dụng là encoder quang tương đối Encoder thường có 3 ngõ ra, bao gồm kênh A, B và kênh I (Index) Trong hình trên ta có thể thấy một lỗ nhỏ ở trong đĩa quay và có một cặp thu phát hồng ngoại dành riêng cho lỗ này, đó là kênh I của encoder Cứ mỗi vòng quay của đĩa thì lỗ nhỏ sẽ xuất hiện tại vị trí của cặp thu phát hồng ngoại, từ đó hồng ngoại sẽ xuyên của motor thì có “N” xung xuất hiện trên kênh A với N là số rãnh trên đĩa N được gọi là độ phân giải của encoder (xung/vòng) Mỗi loại động cơ khác nhau sẽ có độ phân giải của encoder khác nhau Ta có thể xác định được tốc độ quay của động cơ nhờ vào độ phân giải như sau: giả sử trong 1s, encoder đếm được n xung, như vậy tốc độ V của động cơ sẽ là V = n/N (vòng/s).

Cách xác định chiều quay của động cơ:

Ngoài kênh A, trên encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút, khoảng 0,5 rãnh Đây là kênh B của encoder (không xuất hiện trên hình) Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với tín hiệu từ kênh A nhưng lệch 90 độ Bằng cách phối hợp hai kênh A, B, ta sẽ xác định được chiều quay của động cơ.

Khi động cơ quay thuận, tín hiệu ở kênh A có cạnh xuống khi tín hiệu ở kênh B đang ở mức cao Ngược lại, khi động cơ quay ngược, tín hiệu ở kênh A có cạnh xuống khi tín hiệu ở kênh B đang ở mức thấp.

Cách đọc encoder bằng vi điều khiển

Có nhiều cách để đọc encoder bằng vi điều khiển Ở đây nhóm em dùng phương pháp là sủ dụ đơn giản nhưng chí ta nối kên ài (ví dụ INT2) và bất kì kh ngoài xảy ra, tức là h A thì trìn nh ngắt này sẽ kiểm y theo trạ m xung lên 1 hoặc g

3.6 g cơ quay thuận, qu g động cơ Các nút nhấn đều có điện trở kéo lên nối với một nguồn để đặt trạng thái cho ngõ vào làHIGH khi không nhấn nút.

Ma trận phím 4×3 cho phép các bạn nhập các chữ số, chữ cái, kí hiệu vào bộ điều khiển qua đó dùng để điều khiển một thiết bị ngoại vi nào đó. Để giao tiếp được với ma trận phím 4×3, dùng phương pháp quét theo cột để kiểm tra xem nút nào được bấm cụ thể như sau:

Các hàng Row 1 => Row 4 được dùng làm các chân INPUT (giá trị ban đầu cho = 1), các cột Col 1 =>Col 3 là các chân OUTPUT.

Lần lượt cho từng cột = 0 các cột còn lại = 1 (cho số 0 chạy như kỹ thuật quét Led trong bài Led ma trận) và đọc giá trị của các hàng Hàng nào bị kéo xuống 0 chứng tỏ nút được bấm Dựa vào vị trí cột = 0 và hàng = 0 ta xác định được giá trị nút bấm

Hai phương thức giao tiếp nối tiếp là:

- Truyền thông đồng bộ: Chuyển dữ liệu hàng loạt trong cấu trúc khung tại một thời điểm

- Truyền thông không đồng bộ: Truyền dữ liệu byte trong cấu trúc khung tại một thời điểm

AT89C52 đã được xây dựng trong UART với RXD (nhận dữ liệu nối tiếp pin) và TXD (dữ liệu nối tiếp truyền pin) trên PORT3.0 và PORT3.1 tương ứng. Đây là thanh ghi dữ liệu liên lạc nối tiếp được sử dụng để truyền hoặc nhận dữ liệu qua nó.

SCON: Đăng ký kiểm soát nối tiếp

Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON được sử dụng để cài đặt chế độ hoạt động truyền thông nối tiếp Nó cũng được sử dụng để điều khiển các hoạt động truyền và nhận.

Bit 7: 6 - SM0: SM1 : Trình chỉ định chế độ nối tiếp

Chế độ SM0 SM1 Chế độ

0 0 0 1/12 của chế độ đăng ký thay đổi tần số dao động cố định tốc độ truyền

1 0 1 UART 8 bit với bộ đếm thời gian 1 được xác định tốc độ truyền

2 1 0 UART 9 bit với 1/32 tốc độ truyền cố định của Osc

Thông thường chế độ-1 (SM0 = 0, SM1 = 1) được sử dụng với 8 bit dữ liệu, 1 bit bắt đầu và 1 bit dừng.

Bit 5 - SM2: cho Giao tiếp đa xử lý

Bit này cho phép tính năng liên lạc đa bộ xử lý ở chế độ 2 & 3.

Bit 4 - REN: Nhận Kích hoạt

Bit 3 - TB8: Truyền bit thứ 9 Đây là bit thứ 9 được truyền ở chế độ 2 & 3 (chế độ 9 bit)

Bit 2 - RB8: Nhận bit thứ 9 Đây là lần thứ 9 nhận bit ở chế độ 2 & 3 (chế độ 9 bit), ở chế độ 1, nếu SM2 = 0 thì RB8 giữ bit dừng nhận được

Bit 1 - TI: Truyền cờ ngắt

Bit này cho biết quá trình truyền hoàn tất và được thiết lập sau khi truyền byte từ bộ đệm Thông thường TI (Transmit Interrupt Flag) được đặt bằng phần cứng ở cuối bit 8 ở chế độ 0 và ở đầu bit dừng ở các chế độ khác.

Bit 0 - RI: Nhận cờ ngắt

Bit này cho biết việc tiếp nhận hoàn tất và được thiết lập sau khi nhận được byte hoàn chỉnh trong bộ đệm Thông thường RI (Nhận cờ ngắt) được đặt bằng phần cứng ở chế độ nhận ở cuối bit 8 ở chế độ 0 và tại bit dừng nhận thời gian ở các chế độ khác.

3.8 Sơ đồ Mạch hoàn thiện

Khối GIAO TIẾP MÁY TÍNH