Giao tiếp giữa vi điều khiển AT89S52 và động cơ DC

Giao tiếp giữa vi điều khiển AT89S52 và động cơ DC

TP.Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập- Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2

Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện – Điện Tử

Hệ đào tạo : Đại học Chính quy

Khóa : 2006-2011

A.Tên đề tài: GIAO TIẾP GIỮA VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 VÀ ĐỘNG CƠ DC

B.Nhiệm vụ và nội dung đề tài:

Lời nói đầu……… 4

Phần I: Dẫn Nhập………5

Đặt vấn đề

Mục đích và yêu cầu

Giới hạn đề tài

Phần II Cơ sở lý thuyết………6

Giới thiệu các IC sử dụng trong mạch

Phần III: Thiết kế và thi công……… 13

Chương I: Thiết kế mạch

Sơ đồ khối

Nguyên lý hoạt động của các khối

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ mạch in

D.Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Phú

E.Ngày giao nhiệm vụ : 22-03-2010

F.Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 10-6-2010

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn

NGUYỂN ĐÌNH PHÚ

i LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng

dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vimạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so vớiviệc 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 phẩmphục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ… đãgiúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn Bên cạnh đó thì trong lĩnhvực sản xuất cũng rất cần được chú trọng với việc ứng dụng các vi mạch để cho ra đời các sảnphẩm như mạch đếm sản phẩm, nhận biết và nhận dạng sản phẩm cho đến mạch điều chỉnh tốc độđộng cơ và đặt trước tốc độ ….nhằm phục vụ cho việc điều chỉnh tốc độ nhanh chậm của băngtruyền giúp ích cho việc sản xuất có hiệu quả

Đề tài “GT 89S52 & ĐỘNG CƠ DC” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình khácnhau dựa vào công dụng và độ phức tạp 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 Vìvậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cũng như củacác bạn sinh viên

Bên cạnh đó, qua việc thực hiện đề tài này em xin chân thành cảm ơn tri ânthầy “ NGUYỄN ĐÌNH PHÚ” đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tàinày, được sự hướng dẫn của thầy mà đề tài đã đạt được nhiều thành công và những tiện ích cũngnhư hiệu quả mong muốn

PHẦN I: DẪN NHẬP

I Đặt vấn đề.

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã, đang và sẽtiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoahọc kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi điều khiển cỡ lớn với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành điện tử Vi điềukhiển ở những mức độ khác nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chóng Các trường kỹ thuật là nơi mà vi điều khiển thâm nhập mạnh mẽ và được học sinh, sinh viên ưa chuộng do lợi ích và tính linh hoạt của nó Vì thế sự hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật số và vi xử lý là không thể thiếu đối với sinh viên ngành điện tử hiện nay Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số và vi xử lý không chỉ riêng đối với những người theo chuyên ngành điện tử mà còn đối với những cán bộ kỹ thuật khác có sử dụng thiết bị điện tử

II.Mục đích yêu cầu.

Trên cở sở lý thuyết và thực tế ứng dụng của một số loại vi điều khiển mà người ta đãlinh hoạt hơn trong việc điều khiển các thiết bị, thay đổi chương trình để vi điều khiển hoạt độngtheo ý muốn của người sử dụng mà không tác động nhiều đến phần cứng Từ đó cho ra đời nhiềusản phẩm thiết kế như mạch quang báo, đèn chạy quảng cáo,hiển thị … Bên cạnh đó người ta cònứng dụng trong sản xuất như mạch đếm sản phẩm, điều khiển băng truyền, điều khiển tốc độ động

cơ… Trong phần này đề cập đến việc “điều khiển tốc độ động cơ và đo tốc độ động cơ với việc

đặt trước tốc độ”

III.Giới hạn đề tài:

Trong phạm vi đồ án này, người thực hiện đề tài chỉ thực hiện việc điều khiển tốc độ động cơ với việc đặt trước tốc độ và đo tốc độ của động cơ Do trên cơ sở còn hạn hẹp nên không tránh khỏi sự sai lệch cũng như sai sót trong việc đo tốc độ một cách chính xác

PHẦN II:CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I.Giới thiệu về các IC sử dụng trong mạch.

I.1 Vi điều khiển AT89S52:

Đây là họ vi điều khiển của hãng ATMEL bao gồm:

 8KB bộ nhớ FLASH ROM để lưu chương trình điều khiển

 Các đường I/O (Input-Output)

 Bus địa chỉ và dữ liệu AD7-AD0

Port 1: chân từ 1÷8

Chức năng:

 Các đường I/O

 Chân 6,7,8 dùng giao tiếp song song SPI

 Chân 1 dùng cho Timer/ Couter 2

Port 2: chân từ 21÷28

Chức năng:

 Các đường I/O (Input-Output)

 Bus địa chỉ A15-A8

 Chân 9: ngõ vào Reset.

 Chân 18,19: ngõ vào bộ dao động 12Mhz÷ 24Mhz

 Chân 20: nối mass GND

 Chân 40: VCC nối lên nguồn 5V

 Chân ALE, PSEN, WR\, RD\ dùng để kết nối bộ nhớ mở rộng

 Chân EA\ có chức năng chọn bộ nhớ chương trình: EA\=GND: Chọn bộ nhớ ngoại, EA\=VCC chọn bộ nhớ nội.

L 7

7 S E G M E N T

A 7 B 6 C 4 D 2 E 1 F 9 G

Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R và Dz gim cố định điện áp chân B của Transistor Q, giả

sử khi điện áp chân E đèn Q giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại

I.3 LED 7 ĐOẠN ( Anode chung):

Một trong các chỉ báo thông dụng để hiển thị các số thập phân là led 7 đoạn

+Ở loại anod chung( anod của đèn được nối lên +5V), đoạn nào sáng ta nối đầu catod của đoạn đóxuống mức thấp thông qua điện trở R để hạn dòng

I.4 IC điều khiển động cơ L298:

 Điện áp cấp lên đến 46V

 Tổng Dòng DC chịu đựng lên đến 4A

 Điện áp bão hòa

 Chức năng bảo vệ quá nhiệt

 Điện áp logic ‘0’ từ 1.5V trở xuống (lề miễn nhiễu lớn)

Giới thiệu:

 IC L298 là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân

 Gồm: Multiwatt 15 và PowerSO20 (linh kiện dán công suất)

 Là IC mạch cầu đôi (dual full-bridge) hoạt động ở điện thế cao,dòng cao

 Tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay, cuộn solenoid, động cơ DC và động cơ bước

Chức năng các chân:

I.5 Encoder:

vật di chuyện tịnh tiến (với bố trí cơ khí phù hợp) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng (đo góc quay của cửa tự động, đo vận tốc xe, ) và công nghiệp (đo góc quay của khớp trong robot công nghiệp,

đo vận tốc của động cơ DC trong

băng truyền, ).

Nguyên tắc hoạt động cơ bản:

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có các

lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!

Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung vuông này đượccắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó

Cách tính tốc độ động cơ:

Tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi vào tốc độ động cơ Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ vi xử lý để

đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép

từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của

động cơ

I.5 Động cơ một chiều DC:

Sơ lược về nguyên tắc hoạt động:

Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato Phần cảm (phần

kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn củaphần ứng (thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phầnứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôtoquay Chính xác hơn, lực điện từ trên một đơn vị chiều dài thanh dẫn là tích có hướng của vectơ

mật độ từ thông B và vectơ cường độ dòng điện I Dòng điện phần ứng được đưa vào rôto thông

qua hệ thống chổi than và cổ góp Cổ góp sẽ giúp cho dòng điện trong mỗi thanh dẫn phần ứngđược đổi chiều khi thanh dẫn đi đến một cực từ khác tên với cực từ mà nó vừa đi qua (điều nàylàm cho lực điện từ được sinh ra luôn luôn tạo ra mômen theo một chiều nhất định)

KHỐI NGUỒN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI THỰC THI

PHẦN III:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Chương I: THIẾT KẾ MẠCH:

I SƠ ĐỒ KHỒI

II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI.

II.1 Khối nguồn:

Hoạt động:

 Điện áp 220 VAC qua biến áp thành 12VAC

 Một cầu chỉnh lưu để chuyển điện áp AC thành DC

 Tiếp đến là qua một IC ổn áp 7805 để nguồn cấp cho mạch ổn định 5V

 Nguồn 12VDC cấp cho động cơ DC và IC L298

 Tụ C7, C8,C9 có giá trị lớn để làm phẳng điện áp ra

2 Khối hiển thị:

Cấu tạo:

oSử dụng chủ yếu là Led 7 đoạn ( Anode chung)

oDùng phương pháp quét để tiết kiệm port( dùng trans A 1015)

oCó điện trở hạn dòng cho led

3 Khối điều khiển Bao gồm:

Ma trận phím nhấn:

Có tác dụng tương tác với người dùng :

 Cho phép nhập số vòng quay (tốc độ động cơ)

 Các phím Start/ Stop, Forward/ Reverse ( quay thuận/ nghịch)

 Dùng Port 1 để giao tiếp với vi điều khiển AT 89S52

Vi điều khiển AT 89S52:

Chức năng:

 Nạp chương trình và thực thi chương trình

 Các chân Port được treo lên qua điện trở treo lên nguồn để tránh sụt áp

 Sử dụng bộ dao động thạch anh bên ngoài 12Mhz

 Có nút Reset tiện cho người sử dụng khi gặp sự cố

 Nhận tín hiệu của Encoder để nhận biết số vòng quay động cơ qua ngắt T0

Chức năng:

 Nhận tín hiệu từ vi điều khiển để điều khiển động cơ DC

 Chống điện áp phản hồi từ ngõ ra

 Nhận sự cho phép hoạt động ngõ ra qua chân Enable A,B (chân 6,11)

 Chân 1,15 mắc như hình để điều khiển dòng tải ngõ ra tại chân 2,3,13,14 tùy theo loại động cơ DC

II.

thực thi:

Hoạt động :

Động cơ DC có hai đầu vào, có tác dụng làm quay động cơ

Một đầu âm và một đầu dương, muốn đảo chiều động cơ chỉ

việc đảo cực tính hai đầu dây của động cơ

Động cơ có cấu tạo như một cuộn cảm kháng, do vậy để

tránh hỏng động cơ do sức điện động cuộn dây gây ra nên ta

phải gắn thêm diode như hình để bảo vệ động cơ

I II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

I V SƠ ĐỒ MẠCH IN :

V LƯU ĐỒ VÀ CHƯƠNG TRÌNH:

Lưu đồ:

Chương trình:

VI MÔ PHỎNG:

II Quá trình thi công.

 Phân tích sơ đồ nguyên lý

 Tiến hành gia công mạch

 Lắp rắp và kiểm tra hoạt động của mạch

PHẦN IV:KẾT LUẬN I.NHẬN XÉT CHUNG.

Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC và đo tốc độ ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất, gópphần nâng cao tính linh hoạt trong điều khiển băng truyền, phù hợp với nhiều loại hình sảnxuất,đặc biệt có thể thay đổi tốc độ để phù hợp với ý muốn người sản xuất

II.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI:

Trong đề tài này, thì việc đặt trước tốc độ cũng như đo tốc độ là do người sử dụng điềukhiển Do vậy mà còn hạn chế rất nhiều trong khâu quản lý giám sát, chúng ta nên phát triển đề tàinày bằng cách ứng dụng thêm việc hiệu chỉnh tốc độ động cơ một cách tự động bằng cách đặttrước thời gian hoạt động băng truyền hay động cơ với tốc độ tùy thích Như vậy nâng cao tínhhiệu quả, giảm thiểu công sức nhưng nâng cao hiệu quả công việc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Vi xử lý_Nguyễn Đình Phú_ ĐH SPKT TP HCM

2 Kỹ thuật số_Nguyễn Hữu Phương_NXB Thống Kê.

4.Vi mạch và tạo sóng_Tống Văn On_NXB Giáo Dục

5.Giáo trình Kỹ thuật số _Nguyễn Việt Hùng_Hà A Thồi_ĐH SPKT TP HCM

6.Thực Tập Kỹ Thuật Số_Nguyễn Đình Phú_ĐH SPKT TP HCM

7.Thực Tập Vi xử lý _Nguyễn Đình Phú_ĐH SPKT TP HCM