đồ án môn học tìm hiểu và ứng dụng của vi điều khiển trong việc điều khiển động cơ bước

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ và rộng lớn của nền khoa học kỹ thuật.Các công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời để đáp ứng những nhu cầu của xã hội, và một trong số đó phải kể đến là Kỹ Thuật Vi Điều Khiển.Hiện nay kỹ thuật vi điều khiển vẫn còn đang là một trong các lĩnh vực mới mẻ và đã được đưa vào giảng dạy rộng rãi ở các trường Đại Học và Cao Đẳng trong cả nước. Trong đó có trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên. Trên tinh thần học đi đôi với hành, học gắn liền với lao động, sản xuất và đời sống, nhóm sinh viên chúng em đã tìm hiểu và ứng dụng của Vi Điều Khiển trong việc điều khiển động cơ bước. Với sự hướng dẫn của thầy VŨ ĐÌNH ĐẠT chúng em đã tiến hành thiết kế mạch điều khiển động cơ bước dùng vi điều khiển. Phần thiết kế bao gồm : sơ đồ mạch lắp ráp, thuật toán,và viết chương trình điều khiển cho vi xử lý. Mặc dù chúng em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài này, xong do giới hạn về thời gian cũng như kiến thức nên nội dung còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô cũng như của các bạn . Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên: 1. Đỗ hữu Hoạch 2. Nguyễn văn Hoành GVHD : Vũ Đình Đạt Page 1 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU 1 MỤC LỤC 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 6 CHƯƠNG I : 7 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 7 1.1 Cấu trúc phần cứng của MSC-51 7 1.2 Khảo sát sơ đồ chân tín hiệu của 89C51 8 1.2.1 Sơ đồ chân 8 1.2.2 Chức năng các chân tín hiệu 8 1.3 Chức năng thanh ghi đặc biệt của 89C51 9 1.3.1 Thanh ghi ACC 11 1.3.2 Thanh ghi B 11 1.3.3 Thanh ghi SP 11 1.3.4 Thanh ghi DPTR 11 1.3.5 Ports 0 to 3 11 1.3.6 Thanh ghi SBUF 12 1.3.7 Các thanh ghi Timer 12 1.3.8 Các thanh ghi điều khiển 12 1.3.9 Thanh ghi PSW 12 1.3.10. Thanh ghi PCON ( Thanh ghi điều khiển nguồn ) 13 1.3.11 Thanh ghi IE (Thanh ghi cho phép ngắt) 13 1.3.15 Thanh ghi SCON 15 1.4.Cấu trúc và tổ chức bộ nhớ 16 1.4.1 Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu nội trú 16 1.4.1.2 Bộ nhớ dữ liệu nội trú 17 1.4.2. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu ngoại trú 20 1.4.3. Bộ nhớ chương trình ngoại trú 21 1.4.4 Bộ nhớ dữ liệu ngoại trú 22 GVHD : Vũ Đình Đạt Page 2 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học 1.5. Khối tạo thời gian và bộ đếm (Timer/Counter) 24 1.5.1 Giới thiệu chung 24 1.5.2 Khối tạo thời gian và bộ đếm 25 2.2 Sơ đồ khối: 28 2.3 Chức năng các khối 29 2.3.1 Khối nguồn: 29 2.3.4 Động cơ: 32 2.4 Động cơ bước 32 2.3.2 ULN2803 35 Chương trình điều khiển: 36 $INCLUDE(REG51.INC) 36 ORG 0000H 36 TURN_OFF: 36 MOV P3,#0FFH 36 MOV P0,#00H 36 MOV 30H,#10 36 36 JNB P3.1,RIGHT 36 36 JNB P3.2,LEFT 36 36 JMP TURN_OFF 36 36 ;=======QUAY PHAI ========= 36 RIGHT: 36 MOV R5,#8 36 MOV DPTR,#CODE1 36 MOV R0,#1 36 CLR P3.6 36 SETB P3.7 36 36 GVHD : Vũ Đình Đạt Page 3 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học 37 ;K1: JNB P3.2,LEFT 38 JMP QUAY 38 ;=========QUAY TRAI========= 38 LEFT: 38 MOV R5,#8 38 MOV DPTR,#CODE2 38 MOV R0,#0 38 CLR P3.7 38 SETB P3.6 38 ;K2: JNB P3.1,RIGHT 38 38 JMP QUAY 38 ;========CHUONG TRINH QUAY====== 38 QUAY: 38 MOV R4,30H 38 JNB P3.0,STOP 38 CLR A 38 MOVC A,@A+DPTR 38 MOV P0,A 38 CALL DELAY 38 INC DPTR 38 JNB P3.3,TANG_TOC 38 JNB P3.4,GIAM_TOC 38 K8: CJNE R0,#0,K3 38 CJNE R0,#1,K4 39 K3: ;DJNZ R5,K1 39 DJNZ R5,QUAY 39 JMP RIGHT 39 K4: ;DJNZ R5,K2 39 DJNZ R5,QUAY 39 GVHD : Vũ Đình Đạt Page 4 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học JMP LEFT 39 ;==========DUNG DONG CO========== 39 STOP: JMP TURN_OFF 39 ;==========TANG TOC============== 39 TANG_TOC: 39 CJNE R4,#5,K7 39 JMP K8 39 K7: 39 DEC 30H 39 JMP K8 39 ;===========GIAM TOC============= 39 GIAM_TOC: 39 CJNE R4,#20,K9 39 JMP K8 39 K9: 39 INC 30H 39 INC 30H 39 JMP K8 39 ;=========== CHUONG TRINH TRE==== 39 DELAY: 40 MOV R1,30H 40 LOOP2: MOV R2,#5 40 LOOP1: MOV R3,#100 40 DJNZ R3,$ 40 DJNZ R2,LOOP1 40 DJNZ R1,LOOP2 40 RET 40 ;=========BANG MA================ 40 CODE1: 40 DB 0F1H,0F3H,0F2H,0F6H,0F4H,0FCH,0F8H,0F9H 40 CODE2: 40 GVHD : Vũ Đình Đạt Page 5 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học DB 0F9H,0F8H,0FCH,0F4H,0F6H,0F2H,0F3H,0F1H 40 END 40 40 40 40 40 40 40 40 40 KẾT LUẬN 41 41 41 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD : Vũ Đình Đạt Page 6 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 1.1 Cấu trúc phần cứng của MSC-51 Đặc điểm chung của họ vi điều khiển 8051: - 4 Kb ROM - 128 byte RAM - 4port I/0 8bit - 2 bộ định thời 16bit - Giao tiếp nối tiếp - 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng GVHD : Vũ Đình Đạt Page 7 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học - 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng - Một bộ xử lý thao tác trên các bit đơn 1.2 Khảo sát sơ đồ chân tín hiệu của 89C51 1.2.1 Sơ đồ chân Hình 1. IC 80C51/AT89C51 1.2.2 Chức năng các chân tín hiệu - P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0. - P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1. - P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2 - P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3 - RxD: Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp. - TxD: Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp. - /INT0: Ngắt ngoài 0. - /INT1: Ngắt ngoài 1. - T0: Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0. - T1: Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1. - /Wr: Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài. - /Rd: Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài. - RST: Chân vào Reset, tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2 chu kỳ máy. - XTAL1: Chân vào mạch khuyếch đaị dao động - XTAL2: Chân ra từ mạch khuyếch đaị dao động. - /PSEN : Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài). GVHD : Vũ Đình Đạt Page 8 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học - ALE (/PROG): Chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoài, khi On-chip xuất ra byte thấp của địa chỉ. Tín hiệu chốt được kích hoạt ở mức cao, tần số xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VĐK. Nó có thể được dùng cho các bộ Timer ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock. Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp chương trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp. - /EA/Vpp: Cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /EA=0, nếu /EA=1 thì On-chip sẽ làm việc với bộ nhớ chương trình nội trú. Khi chân này được cấp nguồn điện áp 12V (Vpp) thì On-chip đảm nhận chức năng nạp chương trình cho Flash bên trong nó. - Vcc: Cung cấp dương nguồn cho On-chip (+ 5V). - GND: nối mát. 1.3 Chức năng thanh ghi đặc biệt của 89C51 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 1 và bảng 2. GVHD : Vũ Đình Đạt Page 9 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học Bảng 1. Chức năng riêng của từng thanh ghi trong SFR 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 Symbol Name Address Reset Values * 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. Địa chỉ, ý nghĩa và giá trị của các SFR sau khi Reset GVHD : Vũ Đình Đạt Page 10 [...]... Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học * Nguyên lý hoạt động: Khuếch đại tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển rồi đưa tới động cơ 2.3.4 Động cơ: * Nguyên lý hoạt động: Nhận tín hiệu điều khiển và thực hiện các lệnh như đã được lập trình 2.4 Động cơ bước Động cơ bước là một thiết bị sử dụng rộng rãi để chuyển các xung điện thành chuyển động cơ học Trong các ứng dụng chẳng hạn như bộ điều khiển đĩa, các máy... thì động cơ sẽ quay Hình dạng và cấu tạo động cơ: Hình dạng thật A B A',B',C',D' C D Cấu tạo của động cơ bước Nguyên lý hoạt động: Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm vi c nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào starto theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của roto... nhiêu thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi bấy nhiêu Tốc độ của động cơ tỷ nghịch với hàm trễ Ứng dụng: Động cơ bước có rất nhiều ứng dụng trong kỹ thuật, đặc biệt là trong điều khiển kỹ thuật số, các dây truền công nghệ hiện đại hiện nay hầu hết đề khai thác sử dụng loại động cơ này Ngoài ra động cơ còn được dùng để chế tạo robot 2.3.2 ULN2803 Sơ đồ mạch giao tiêp giữa 89c51 với đông cơ bước có sử dung... 29 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học 2.3.2 Khối điều khiển ∗ Sơ đồ nguyên lý: *Nguyên lý hoạt động: Khối sử lý trung tâm dùng vi điều khiển AT89C51 Chức năng của khối là nhận biết lệnh điều khiển từ nút bấm, từ đó đưa ra các xung điện áp tương ứng để điều khiển động cơ Chức năng của các chân điều khiển như sau: Pin 10 đến 14 tương ứng với các bit P 3.0 đến P3.4 là các chân nối... Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học CHƯƠNG II : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Ghép nối 89C51 với động cơ bước Cácbước ghép nối 89C51 với động cơ bước như sau: + Bước 1: Dùng ôm kế đo trở kháng của các đầu dây nhằm xác định đầu dây chung COM để nối với nhau + Bước 2: Các đầu dây chung được nối tới điện áp dương của nguồn cấp cho động cơ Nhiều động cơ thường dùng +5V + Bước 3: Bốn đầu của cuộn dây stator được... có sử dung ic đệm làULN2803 Trong trường hợp các port xuất nhập của vi điều khiển cần phải điều khiển những thiết bị công suất lớn hoăc cùng lúc phải điều khiển nhiều thiêt bị trên 1 port.Lúc này cần đòi hỏi có các bộ khuếch đại dòng điện ngõ ra tại các port xuất nhập của vi điều khiển thì nó mới có thể đáp ứng được công vi c điều khiển nêu trên.Trên mạch điều khiển động cơ bước thiết kế sẵn bộ đếm dữ... kim ma trận và các máy robot thì động cơ bước được dùng dể điều khiển chuyển động Mỗi động cơ bước đều có phần quay roto là nam châm vĩnh cửu được bao bọc xung quanh là một ứng yên gọi stato Hầu hết các động cơ bước đều có chung có 4 stato mà các cuộn dây của chúng được bố trí theo cặp đối xứng với điểm giữa chung (hình vẽ), kiểu động cơ bước này nhìn chung còn được coi như là động cơ bước 4 pha Điểm... ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi GVHD : Vũ Đình Đạt Page 33 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học *Phương pháp điều khiển động cơ bước Các cuộn dây được cấp dòng theo vòng Mỗi khi vòng dây được cấp thì động cơ được gọi là quay 1 bước A A' B B' t C' t D D' t t Hoạt động của từng cuộn dây trong. .. P1 (P1.0-P1.3) của 89C51 điều khiển Tuy nhiên, vì 89C51 không đủ dòng để điều khiển các cuộn dây của động cơ bước nên cần phải sử dụng 1 bộ điều khiển chẳng hạn như ULN2803 hoặc thyrittor trường IRF540 để cấp đủ dòng cho stator Có thể thay ULN2803 hoặc thyrittor trường IRF540 bằng các bóng bán dẫn, nhưng dùng bóng bán dẫn làm bộ điều khiển thì cần sử dụng các diode để ngăn dòng cảm ứng ngược tạo ra... do mà ULN2003 được ưa chuộng chính là vì nó đã có sẵn diode bên trong để ngăn dòng cảm ứng ngược 2.2 Sơ đồ khối: KHỐI NGUỒN KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ GVHD : Vũ Đình Đạt Page 28 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án môn học 2.3 Chức năng các khối 2.3.1 Khối nguồn: KB688:khuyếch đại dòng để điều khiển cho động cơ làm vi c IC 7812 : ổn định điện áp dương có giá trị 12VDC IC7805: . đã tìm hiểu và ứng dụng của Vi Điều Khiển trong vi c điều khiển động cơ bước. Với sự hướng dẫn của thầy VŨ ĐÌNH ĐẠT chúng em đã tiến hành thiết kế mạch điều khiển động cơ bước dùng vi điều khiển. . Điện – Điện Tử Đồ án môn học CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 1.1 Cấu trúc phần cứng của MSC-51 Đặc điểm chung của họ vi điều khiển 8051: -. những nhu cầu của xã hội, và một trong số đó phải kể đến là Kỹ Thuật Vi Điều Khiển. Hiện nay kỹ thuật vi điều khiển vẫn còn đang là một trong các lĩnh vực mới mẻ và đã được đưa vào giảng dạy