BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP-Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ ứng dụng trong lò nhiệt

Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý,vi mạch số… thì các hệ thống điều khiển bằng cơ khí thô sơ với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác sẽ được thay thế bằng các hệ thống điều khiển

Trang 1

LỜI GIỚI THIỆU

Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử,kỹ thuật số thì các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý,vi mạch số… thì các hệ thống điều khiển bằng cơ khí thô sơ với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác

sẽ được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các chương trình đã được thiết lập trước

Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay,nhất là ngành công nghiệp luyện kim,chế biến thực phẩm… vấn đề đo và khống chế nhiệt độ đặc biết được chú trọng đến vì

nó là một tố quyết định chất lượng sản phẩm Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ thì có nhiều phương pháp để thực hiện Với những gì đã được học,nghiên cứu và khảo sát về vi điều khiển thì nhóm đã ứng dụng nó vào việc đo và khống chế nhiệt độ là

phương pháp tối ưu nhất Được sự hướng dẫn của thầy,nhóm đã thực hiện đề tài “ Thiết kế

mạch điều khiển nhiệt độ ứng dụng trong lò nhiệt”

Với những kiến thức được học cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo và sự giúp đỡ của bạn bè,nhóm đã cố gắng hoàn thành đề tài đúng thời hạn Do vậy không tránh khỏi thiếu sót,nhóm em mong nhận được ý kiến từ thầy cô để đề tài của nhóm được phát triển tốt hơn

Đà Nẵng,ngày ,tháng ,năm2010

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

ỨNG DỤNG TRONG LÒ NHIỆT1.Nhiệm vụ thiết kế:

Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế một bộ điều khiển nhiệt độ với dải nhiệt độ từ

300C đến 1200C Vậy yêu cầu đặt ra là:

+Thiết kế bộ cảm biến nhiệt độ

Lớp 07CDT1_Nhóm 5 Trang 1 4/3/2012

CMU 8051 Khối hiển thị

Khối giao tiếp

Trang 2

+Thiết kế bộ chuyển đổi tương tự sang số ( khối ADC)

+Thiết kế khối xử lý trung tâm

+Thiết kế khối bàn phím

+Thiết kế khối công suất

+Thiết kế khối hiển thị

+Thiết kế khối giao tiếp

+Viết thuật toán

+Viết chương trình điều khiển

2.Sơ đồ khối:

3 Chức năng từng khối:

+ Khối cảm biến nhiệt độ:dùng để đo nhiệt độ trong lò nhiệt

+ Khối xử lý trung tâm: dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra,điều khiển mọi hoạt động của hệ thống

+ Khối ADC: có nhiệm vụ số hóa tín hiệu ra của cảm biến nhiệt độ để đưa vào VDK.+ Khối công suất: có nhiệm vụ điều khiển,cấp nguồn cho lò nhiệt,qua đó làm thay đổi nhiệt độ trong lò nhiệt

+ Khối hiển thị: hiển thị nhiệt độ lò nhiệt

+ Khối giao tiếp: trao đổi với máy tính về các thông số của quá trình điều khiển + Khối bàn phím: nhập dữ liệu

GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8951

CMU 8051 Khối hiển thị

Lò nhiệtKhối cảm biếnKhối ADC

Khối giao tiếp

Khối công suấtKhối bàn phím

INT\1 INT\0 TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp

P0 P1 P2 P3

EA\ RST PSEN ALE

Cacthanh

Rom 4K-8951

OK-8031

CPU

Trang 3

1 Tổng quan về kỹ thuật vi điều khiển

1.1 Khái quát chung về vi điều khiển

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống Theo chương trình điều khiển

đã nạp sẵn bên trong chip, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, sau đó dựa vào kết quả của quá trình xử lý để đưa ra các thông báo, tín hiệu điều khiển tiến hành điều khiển quá trình hoạt động của các thiết bị bên ngoài Vi điều khiển được ứng dụng trong rất nhiều sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng

Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của TV, máy giặt, đầu đọc laser, điện thoại, lò vi-ba Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động Các hệ thống càng

“thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng

1.2 Lịch sử phát triển của vi điều khiển

Bộ vi điều khiển thực ra là một loại vi xử lí trong tập hợp các bộ vi xử lý nói chung

Bộ vi điều khiển được phát triển từ bộ vi xử lí, từ những năm 1970 do sự phát triển và hoàn thiện về công nghệ vi điện tử dựa trên kỹ thuật MOS (Metal-Oxide-Semiconductor), mức

độ tích hợp của các linh kiện bán dẫn trong một chip ngày càng cao

Năm 1971 xuất hiện bộ vi xử lí 4 bit loại TMS1000 do công ty texas Instruments vừa

là nơi phát minh vừa là nhà sản xuất Nhìn tổng thể thì bộ vi xử lý chỉ có chứa trên một chip những chức năng cần thiết để xử lý chương trình theo một trình tự, còn tất cả bộ phận phụ trợ khác cần thiết như: bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ chuyển đổi AD, khối điều khiển, khối hiển thị, điều khiển máy in, nối đồng hồ và lịch là những linh kiện nằm ở bên ngoài được nối vào bộ vi xử lý

Mãi đến năm 1976 công ty INTEL (Intelligen-Elictronics) mới cho ra đời bộ vi điều khiển đơn chip đầu tiên trên thế giới với tên gọi 8048 Bên cạnh bộ xử lý trung tâm, 8048 còn chứa bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình, bộ đếm và phát thời gian, các cổng vào ra digital trên một chip Các công ty khác cũng lần lược cho ra đời các bộ vi điều khiển 8 bit tương tự như 8048 và hình thành họ vi điều khiển MCS-48

Đến năm 1980 công ty INTEL cho ra đời thế hệ thứ hai của bộ vi điều khiển đơn chip với tên gọi 8951 Và sau đó hàng loạt các vi điều khiển cùng loại với 8951 ra đời và hình thành họ vi điều khiển MCS-51

Đến nay họ vi điều khiển 8 bit MCS51 đã có đến 250 thành viên và hầu hết các công

ty hàng dẫn đầu thế giới chế tạo Đứng đầu là công ty INTEL và rất nhiều công ty khác như : AMD, SIEMENS, PHILIPS, DALLAS, OKI …

1.3 Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển

P0 P1 P2 P3

EA\ RST PSEN ALE

Cacthanh

Rom 4K-8951

OK-8031

CPU

Trang 4

Sơ đồ khối chung của hầu hết các bộ vi điều khiển bao gồm CPU, bộ nhớ ROM hay EPROM và RAM, mạch giao tiếp, mạch giao tiếp song song, bộ định thời gian, hệ thống ngắt và các BUS được tích hợp trên cùng một chip.

2 Kiến trúc của vi điều khiển 8951

IC vi điều khiển 8951 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau :

+ 4 kbyte ROM

+ 128 byte RAM

+ 4 port I/0 8 bit

+ Hai bộ định thời 16 bits

+ Giao tiếp nối tiếp

+ 64KB không gian bộ nhớ chương trình ngoài

+ 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu ngoài

+ 210 bit được địa chỉ hóa

+Bộ nhân / chia 4µs

2.1 Cấu trúc bên trong của 8951

Sơ Đồ Khối 8951

T 1*

T 2*

P0 P1 P2 P3

EA\ RST PSEN ALE

Cacthanh

128 byte Ram

Rom 4K-8951

OK-8031

Timer1 Timer2

Điều khiển

ngắt

i

Đ ều khiển bus

CPU

Port nối tiếp

Cc port I/O

Tạo dao

động

Trang 5

Phần chính của vi điều khiển 8951 là bộ xử lí trung tâm (CPU: central processing unit) bao gồm :

+ Thanh ghi tích lũy A

+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

+ Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit )

+ Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)

+ Bốn băng thanh ghi

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm

Các cổng (port0,1,2,3), sử dụng vào mục đích điều khiển Ở cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau.Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dãi rộng và được ấn định bằng một bộ định thời

Trong vi điều khiển 8951 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi :

+ Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh.+ Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí Khi CPU làm việc

nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi

2.2.Chức năng các chân của vi điều khiển 8951

Trang 6

1 2

1 3

1 4

1 5 1 2 3 4 5 6 7 8

Vi điều khiển 8951 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng I/O, trong đó

24 chân được sử dụng với hai mục đích Nghĩa là ngoài chức năng cổng I/O, mỗi chân có công dụng kép này có thể là một đường điều khiển của Bus địa chỉ hay Bus dữ liệu hoặc là mỗi chân hoạt động mọt cách độc lập để giao tiếp với các thiết đơn bit như là công tắc, LED, transistor…

a.Port0: là port có 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của MC 8951 Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ ngoài, P0 được sử dụng như là những cổng

I/O Còn trong các thiết kế lớn có yêu cầu một số lượng đáng kể bộ nhớ ngoài thì P0 trở thành các đường truyền dữ liệu và 8 bit thấp của bus địa chỉ

b Port1: là một port I/O chuyên dụng, trên các chân 1-8 của MC8951 Chúng được

sử dụng với một múc đích duy nhất là giao tiếp với các thiết bị ngoài khi cần thiết

c Port2: là một cổng có công dụng kép trên các chân 21 – 28 của MC 8951 Ngoài chức năng I/O, các chân này dùng làm 8 bit cao của bus địa chỉ cho những mô hình thiết kế

có bộ nhớ chương trình ROM ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu RAM có dung lượng lớn hơn 256 byte

d Port3: là một cổng có công dụng kép trên các chân 10 – 17 của MC 8951 Ngoài chức năng là cổng I/O, những chân này kiêm luôn nhiều chức năng khác nữa liên quan đến nhiều tính năng đặc biệt của MC 8951, được mô tả trong bảng sau:

Register D/A

converter

Trang 7

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

ÖWR

RD

Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Ngắt ngoài 0

Ngắt ngoài 1

Ngõ vào TIMER 0

Ngõ vào của TIMER 1

Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

e PSEN (Program Store Enable): 8951 có 4 tín hiệu điều khiển, PSEN là tín hiệu ra trên chân 29 Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép truy xuất bộ nhớ

chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh của chương trình Tín hiệu PSEN ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức cao

f ALE (Address Latch Enable ): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lý 8585, 8088 8951 dùng ALE để giải đa hợp bus địa chỉ và dữ liệu, khi port 0 được dùng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp: vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của địa chỉ 16 bit ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó, các đường Port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của chu kỳ bộ nhớ

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống Nếu xung trên 8951 là 12MHz thì ALE có tần số 2MHz Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8951

g EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được nối lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K) Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ

mở rộng Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8951

Register D/A

converter

Trang 8

h RST (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8951 Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi trong 8951 được đưa vào những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống.

i.OSC: 8951 có một bộ dao động trên chip, nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19 Tần số thạch anh thông thường là 12MHz

j POWER: 8951 vận hành với nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40 và Vss

(GND) được nối vào chân 20

THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN VÀ ADC

1 GIỚI THIỆU :

1.1.CHUYỂN ĐỔI A/D :

1.1.1 NGUYÊN TẮC CHUYỂN ĐỔI:

Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số,chuyển một tín hiệu ngõ vào tương tự (dòng điện hay điện áp) thành dạng mã số nhị phân có giá trị tương ứng

Chuyển đổi ADC có rất nhiều phương pháp.Tuy nhiên,mỗi phương pháp điều có những thông số cơ bản khác nhau:

+Độ chính xác của chuyển đổi AD

Comparator

clock

Digital output

Trang 9

Tại một tần số được xác định bằng xung clock bộ điều khiển làm thay đổi thành số nhị phân được lưu trữ trong thanh ghi(Register).-Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển thành dạng điện áp V’a bằng bộ chuyển đổi DA

-Bộ so sánh,so sánh V’a với điện áp ngõ vào Va Nếu V’a < Va thì ngõ ra của bộ so sánh vẫn giữ mức cao Khi V’a > Va ngõ ra của bọâ so sánh xuống mức thấp và quá trình thay đổi số của thanh ghi ngưng Lúc này V’a gần bằng Va , những số trong thanh ghi là những số cần chuyển đổi

Trang 10

Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7).

- WR (Write)

Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp

Bảng quan hệ điện áp Vref/2 với Vin

Trang 11

D0 - D7

D0 - D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB) Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD đưa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ra ta tính theo công thức sau

- Mạch tạo xung clock cho ADC 0804 :

Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN (chân số 4) và CLK R (chân số 19) được nối với một tụ điện và một điện trở (như hình vẽ) Khi ấy tần số được xác định bằng biểu thức:

Trang 12

Với R=10 kΩ , C=150pF và tần số f=606 kHz và thời gian chuyển đổi là 110 ms.

Hình Biểu đồ thời gian của ADC 0804

1.2.ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG IC:

1.2.2.Nguyên lý chung của IC đo nhiệt độ :

Là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dưới dạng điện áp hoặc tín hiệu dòng điện Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện

áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện, ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo

Trang 13

Sự tích cực của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong chất bán dẫn bằng

sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua các vùng cấu trúc mạng tinh thể, tạo sự xuất hiện các lỗ trống nhiệt làm cho tỷ lệ điện tử tự do và các lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ Kết quả của hiện tượng này là dưới mức điện

áp thuận, dòng thuận của mối nối p-n (trong diode hay transistor) sẽ tăng theo hàm mũ theo nhiệt độ

2 3

ta dùng phương pháp đo bằng IC cảm biến nhiệt độ Các IC cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, dễ tìm và giá thành rẽ Một trong số đó là IC LM35, là loại thông dụng trên thị trường hiện nay, đồng thời nó có những đặc tính làm việc phù hợp với thiết kế chi tiết của mạch

-Một số tính chất cơ bản của LM35:

- LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / 1oC

Trang 14

- Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25oC nó có sai số không quá 1% Với tầm đo từ -55oC – 150oC, tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào.

Trang 15

chức năng khác để đơn giản được phần cứng thì chỉ cho phép nhiệt độ hiển thị từ 00C –

990C từ port 1 của vi điều khiển Bộ hiển thị hằng Led 7 đoạn là loại được sử dụng phổ biến

khác

Hình 7.4.d a: Bộ hiển thị Led 7 đoạn, b: Loại anode chung, c: Loại Cathod chung.

f f

c c

Vcc

a a

Trang 16

*Kiểm tra khối hiển thị:

-Kiểm tra điện áp cung cấp cho IC cảm biến LM35,IC 89C52 và IC chuyển đổi mã có đúng và có đủ không,đo điện áp ra trên mỗi IC xem có đạt yêu cầu không

-Kiểm tra các điện trở nối từ bộ chuyển đổi đến các led 7 đoạn có đúng không,kiểm tra các điện trở kéo từ nguồn xuống có đúng không

-Kiểm tra các led 7 đoạn có đúng loại không(ở đây dùng loại anod chung)

*Nếu led 7 đoạn không sáng thì phải kiểm tra:

-Kiểm tra led có đúng loại không(anod chung)

-Kích cho đường cung cấp nguồn(kiểm tra con bjt có dẫn không)

-Kiểm tra con giải mã có hoạt động không

*Nếu hiển thị không đúng thì phải kiểm tra:

-Cho quét chậm,quét hết cột này đến cột kia(cho delay lớn)

-Kiểm tra điện áp kích cho cột,hàng có đúng không(xuất giá trị ra rồi phải tắt led)

Các linh kiện sử dụng trong mạch:

a.IC74LS47: dùng để chuyển tín hiệu dạng số nhị phân ở ngõ vào sang mã 7 đoạn IC này hoạt động ở tích cực mức thấp Do đó ta có bảng chân thực sau:

outputs

Display

Trang 17

Để IC hoạt động ta kết nối chân 16 (Vcc) với nguồn 5 V, chân số 8 với đất Ngỏ vào có 4 chân là 7,1,2,6 tương ứng với A,B,C,D trong đó mức ý nghĩa giảm dần từ A đến

D Kết nối các ngõ ra A,B,C,D của iC với các công tắc mà mỗi công tắc đơn giản là nằm giữa 2 mức cao hoặc thấp Các chân LT, BI/RBO, RBI không cần kết nối Nếu ta dùng Led

7 đoạn kiểu cathod chung thì mỗi ngõ ra của IC 7447 cần kết nối với các cổng đảo trước khi đến các chân của Led

T là thời gian led đó không sáng

Chọn thời gian sáng cho 1 led là 100µs

Thời gian không có dòng chạy qua led là 600 µs

- Mỗi đoạn của led cần dòng khoảng 10mA để sáng , để đơn giản ta xem led 7 đoạn gồm 7 led đơn.

 Ihd =

600

100

.70 = 28,5(mA) Chọn BJT 2SA1015 có β = 70

1.3.Tính giá trị điện trở R b nối với BJT:

- Xét điều kiện để transistor boã hoà là :Ic ≥βIb

Với led 7 đoạn, để 1 led sáng cần dòng 10mA, để sáng hết 7 led cần dòng Ic = 7.10

= 70 (mA)

Chọn BJT A1015 có βmin = 70 Tại ngõ ra của IC8051 có các thông số sau :

Trang 18

V V

V − γ −

= 5V −00,,00328V −0,4V

= 0,00323,8 1187,5ΩChọn RB =1.2K Ω

Lúc đó với led 7 đoạn ta có:

Ib =

b

b R

U

=

1200

8,3

= 3,16 (mA) ≥

70

=1(mA)Với led đơn ta có:

Trang 19

Để thực hiện ma trận bàn phím ta dùng phương pháp quét phím Quét cột và đọc

dữ liệu tại hàng hoặc ngược lại Theo hình vẽ thì các cột cách nhau 1 đơn vị, các hàng cách nhau 4 đơn vi

Vậy giá trị của bàn phím được tính theo công thức sau

-Kiểm tra vị trí các nút bấm đã chính xác chưa(tương ứng với hàng và cột như hình

vẽ trên)

*Nếu đã nhấn phím và hiển thị không mà không hiển thị số bấm thì phải kiểm tra như sau:

Trang 20

-Kiểm tra phần cứng xem có đúng với chương trình đã viết không.

-Kiểm tra xem các nút có bị dính với nhau không

KHỐI GIAO TIẾP

1 Cấu trúc cổng nối tiếp:

Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có các

ưu điểm sau:

- Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song

- Số dây kết nối ít

- Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại

- Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device)

- Cho phép nối mạng

- Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc

- Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản

Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment) DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền) Các tín hiệu còn lại có chức năng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay (handshake) Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát đường truyền

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations) Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA Ngoài

ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch

Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps

Các phương thức nối giữa DTE và DCE:

- Đơn công (simplex connection): dữ liệu chỉ được truyền theo 1 hướng

- Bán song công ( half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm chỉ được truyền theo 1 hướng

- Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng

Trang 21

Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232 như sau:

Start

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

top

bắtđầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7

và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường truyền

Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như sau:

Chiều dài cable cực đại

15mTốc độ dữ liệu

cực đại

20 KbpsĐiện áp ngõ ra

cực đại

 25VĐiện áp ngõ ra có

tải

 5V đến

 15VTrở kháng tải 3K đến 7KĐiện áp ngõ vào  15V

Độ nhạy ngõ vào  3VTrở kháng ngõ

vào

3K đến 7KCác tốc độ truyền dữ liệu thông dụng trong cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps,

Dữ liệu được gởi

Trang 22

(RTS)

Yêu cầu dữ liệu

2 Giao tiếp với vi điều khiển

Khi thực hiện giao tiếp với vi điều khiển, ta phải dùng thêm mạch chuyển mức logic từ TTL RS 232 và ngược lại Các vi mạch thường sử dụng là MAX232 của Maxim hay DS275 của Dallas Mạch chuyển mức logic mô tả như sau:

P 1

D B 9

5 4 3 2

ra hiện tượng chập mạch ở mạch ngoài Do đó, ta có thể dùng thêm opto 4N35 để cách ly về điện

*Kiểm tra Max232:

-Đo nguồn,đo các tụ xem có đạt yêu cầu không

-Kiểm tra các chân của tụ,của Max232 đã đúng chưa,các điều kiện có đủ không

-Đấu chân (2) và chân (3) gửi dữ liệu xuống => nhận được là được

-Chập ngõ ra của Max232,nối với chân ra của IC89C52 xem có giao tiếp được không(xem có thu phát dữ liệu được không)

-Ưu tiên cổng COM trước

Trang 23

KHỐI CÔNG SUẤT VÀ ĐỒNG BỘ

-Mạch đồng bộ tạo ra xung để điều khiển tín hiệu kích và áp xoay chiều đặt lên

triac,tạo ra sự đồng bộ về tín hiệu kích và áp xoay chiều đặt vào triac

+Triac kích ở chế độ I+,III+

+Tín hiệu xoay chiều qua bộ opamp so sánh va BJT C1815 để lật tin hiệu.Tín hiệu ra

đưa qua VĐK nhận được và kết hợp với tín hiệu từ cảm biến sẽ điều khiển tín hiệu ở chân

P3.4 để điều khiển BJT A1015 và tạo ra dòng kích cho triac

Nếu mức ra từ cảm biến là ở Tôđmin thì P3.4=0,BJT A1015 dẫn bão hoà và tạo ra

dòng kích vào cổng G của triac,làm triac hoạt động ,từ đó nung nhiệt nóng lên Tín hiệu

kích tồn tại ít nhất phải 2us thì triac mới bắt đầu dẫn Góc kích α được điều chỉnh qua VĐK

bằng cách delay một khoảng thời gian so với tín hiệu nhận về ở chân P3.2 theo sườn lên

hay sườn xuống,và tín hiệu này phải nhận được sau khi có tín hiệu từ ADC là Tôđmin

Trang 24

Nếu mức ra từ cảm biến là Tôđmax thì P3.4=1,BJT A1015 ngắt và làm triac ngưng hoạt động, từ đó nhiệt giảm dần

- Điều khiển tải AC: Ta dùng phương pháp điều khiển góc pha là phương pháp thay đổi góc kích α của Triac để làm biến đổi điện áp đặt lên tải, khi góc kích α = 0 thì coi như toàn bộ điện áp lưới đặt lên tải nếu như ta bỏ qua sụt áp trên Triac Ưu điểm của phương pháp này là điều khiển liên tục và chính xác hơn

*Kiểm tra khối điều khiển công suất:

-Trước tiên kiểm tra con triac đã gắn đúng chưa(dùng đồng hồ xác định chính xác các chân của triac)

-Kiểm tra các thành phần điều khiển

-Kiểm tra nguồn cung cấp có đủ không

-Kiểm tra kích có hoạt động được không

*Nếu đóng mạch mà động cơ không chạy thì kiểm tra:

-Kiểm tra các thành phần điều khiển (kiểm tra con triac,kích có hoạt động được không)

*Nhiệt độ không ổn định được thì kiểm tra gì?

Trang 25

Nếu nhiệt độ hiển thị không ổn định được thì kiểm tra:

-Điều khiển theo phương pháp góc pha:

+Đo xung kích ở một nhiệt độ nào đó,đẩy ra 1 xung kích xem nhiệt độ thay đổi như thế nào?

* Phương pháp thực hiện mạch i n

Sau khi vẽ hoàn chỉnh sơ đồ mạch in trên giấy, chúng ta bước sang giai đoạn

thực hiện mạch in Trình tự thực hiện tiến hành theo các bước sau:

Bước 1: Dùng giấy nhám nhuyễn đánh sạch lớp oxit hóa đang bám trên tấm mạch in

(phía có tráng lớp đồng), trước khi vẽ các đường mạch

Bước 2: Tạo đường mạch in trên mặt đồng có các phương pháp sau:

- In mạch in đã vẽ ra giấy để in lụa hoặc ép nhiệt để tạo mạch in trên mặt đồng

- Dùng viết lông có dung môi acetone để vẽ nối các đường mạch trên mặt đồng (dựa theo các điểm pointou vừa định vị và sơ đồ mạch đã vẽ trước trên giấy)

Trong khi vẽ ta chú ý, có hai phương pháp để vẽ điểm pad hàn trên mạch in Điểm pad hàn có thể vẽ theo hình tròn hoặc hình vuông Thông thường điểm pad tròn dễ thực hiện nhưng lại kém tính mỹ thuật hơn điểm pad vuông.Muốn thực hiện điểm pad vuông, ta

có thể dùng viết tô rộng (quanh vị trí cầntạo điểm pad vuông), sau đó dùng đầu mũi dao nhọn và thước kẻ tỉa bớt mực để duy trì một vùng mực bám hình vuông cho điểm pad cần thực hiện Công việc này đòi hỏi nhiều thời gian và sự tỉ mỉ khi thực hiện

- Sau khi đã tạo các đường mạch trên mặt đồng của mạch in, ta quan sát xem có vị trí nào bị vẽ không liền nét, độ đậm của các đường phải đều nhau, đồng thời không bỏ sót đường mạch nào cả Trong trường hợp cần thiết, sinh viên phải chờ cho mực khô hẳn rồi đồ lại một lần nữa

Bước 3: Sau khi vẽ hoàn chỉnh, sinh viên chờ khô mới mang mạch in nhúng vào

thuốc tẩy Hóa chất tẩy sẽ ăn mòn lớp đồng tại các vị trí không bám mực và sẽ để nguyên lớp đồng tại các vị trí được bao phủ bằng các đường vẽ mực Khi nhúng mạch in trong thuốc tẩy, muốn phản ứng hóa học xảy ra nhanh, cần thực hiện các thao tác sau để tăng tốc

độ phản ứng:

- Lắc tấm mạch trong chậu thuốc

- Nên đặt chậu thuốc tẩy nơi có ánh sáng mặt trời để tăng cường tốc độ phản

ứng nhờ hiệu ứng quang

- Nếu thuốc tẩy được nung nóng khoảng 50oC thì thời gian tẩy sẽ nhanh hơn

khi thuốc tẩy có nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ môi trường)

Bước 4: Sau khi tẩy xong các phần đồng không cần thiết, nên ngâm mạch vào

trong nước lã và dùng giấy nhám nhuyễn chà sạch các đường mực đã vẽ Công việc

Trang 26

sẽ chấm dứt khi các đường mạch được đánh bóng và sáng.

Trước khi dùng nhựa thông lỏng phủ bảo vệ lớp đồng, ta dùng khoan (đường

kính lưỡi khoan khoảng 0,8 -1mm) để khoan các lỗ ghim linh kiện Trong một vàitrường hợp, ta có thể dùng máy dập bấm lỗ thay vì khoan Tuy nhiên, lỗ dập khôngtròn và khi dập dễ làm mẻ lớp bakelite nhưng tốc độ thi công nhanh hơn, và dễ

thao tác hơn phương pháp khoan

Bước 5: Sau khi khoan (hay dập) lỗ xong, cần đánh sơ lại một lần mạch in (phía có

các đường đồng) bằng giấy nhám nhuyễn, làm sạch lớp oxit hóa lần cuối rồi mới nhúng tấm mạch vào dung dịch nhựa thông pha với xăng và dầu lửa Khi nhúng xong mạch, để ráo và phơi khô lớp sơn phủ rồi mới hàn linh kiện lên mạch

dIT/dt =45A/s IGM=2(A) PG(tb)=0,5(w) ton=2us

Tra datasheet chọn dòng kích cho triac IG=10mA

Chọn áp đặt vào triac khi kích là 14(V)

Khi opto hoạt động thì BJT A1015 dẫn bão hoà ⇒ VCEs=0,1(v) ⇒

P=10.0,1=1(mW) thoả mãn điều kiện của BJT

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	605,61 KB