Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

131 1.4K 7
Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU I II III TOÅNG QUAN GIỚI THIỆU SƠ LƯC NỘI DUNG SƠ BỘ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN : CHƯƠNG II CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS232,RS422/485& ADAPTER CHUYỂN ĐỔI RS232–RS485 I I.1 I.2 GIỚI THIỆU: RS232 RS-422/485 CHƯƠNG III MẠNG TRUYỀN THÔNG 23 I I.1 I.2 I.3 I.4 I.5 I.6 I.7 I.8 I.9 I.10 I.11 II II.1 II.2 II.3 KÊNH TRUYỀN THÔNG 23 Khái niệm 23 Phân loại kênh: 23 Băng thông tốc độ bit 23 Keânh thueâ rieâng (leased line) kênh quay số (dial-up) 23 Điều chế tín hiệu 24 Các kỹ thuật điều chế 24 Sự đồng điều chế số 24 Kiểu truyền 24 Truyền liệu 24 Truyền thông kiểu nối tiếp bất đồng 30 Truyền nối tiếp đồng 31 NETWORK PROGRAMMING 32 Caùc giao thức quản lý mạng 33 Định địa (Addressing) 37 Xác định thời gian truyền (Transmitter Enable Timing) 40 CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU 68HC11 41 I I.1 I.2 I.3 I.4 II II.1 II.2 III III.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 41 Microcontroller Motorola MC68HC11 41 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) 44 Các mode định vị địa 46 Taäp lệnh họ MC68HC11 47 CẤU HÌNH VÀ CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG 47 Các chế độ hoạt động 47 Caùc ghi điều khiển 48 XUẤT NHẬP SONG SONG 53 PORT A 53 III.2 III.3 III.4 III.5 IV IV.1 IV.2 V V.1 V.2 V.3 VI VI.1 VI.2 VI.3 PORT B 54 PORT C 54 PORT D 54 PORT E 55 HỆ THỐNG TRUYỀN NỐI TIẾP 55 Hệ thống SCI MC68HC11 : 55 Các ghi SCI bit điều khiển 56 BỘ ĐẾM THỜI GIAN LẬP TRÌNH 60 Bắt giữ ngõ vào 61 So sánh ngõ 61 Các ghi đếm thời gian 61 RESET VAØ INTERRUPT 64 Reset 64 Hệ thống ngắt vi xử lý MC68HC11 (interrupt) 66 Sử dụng ngắt Reset vectơ ngắt khác MCU68HC11 68 CHƯƠNG V THIẾT KẾ MẠCH VÀ LẬP TRÌNH 71 I I.1 I.2 I.3 II II.1 II.2 II.3 III III.1 III.2 III.3 MAÏCH RS485 : 71 Giới thiệu SN75176: 71 Điều khiển phát data RS485 72 Phương pháp định thời theo hướng bít 73 Điều khiển nhận RS485 75 CHƯƠNG TRÌNH THU THẬP DỮ LIỆU TỪ CÁC BOARD 78 Chương trình Vi xử lý 78 Chương trình PC 83 Kết thực : 84 DỮ LIỆU THU THẬP 87 Tính tốc độ động 87 Chương trình đếm sản phẩm 91 Một số chương trình điều khiển đơn giản từ PC 91 KẾTLUẬN 107 PHỤ LỤC A B C D CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH 109 CHƯƠNG TRÌNH VI XỬ LYÙ 117 DATASHEETS 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 Mạng giám sát điều khiển GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH CHƯƠNG I I GIỚ I THIỆ U TỔ N G QUAN • Tên đề tài : THIẾT KẾ MẠNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MC68HC11 DÙNG RS485 • Yêu cầu đề tài : ! ! ! Đề tài thực nhằm giám sát thu thập liệu điều khiển liệu từ trung tâm thông qua mạng RS485 Ứng dụng nguyên lý nghiên cứu truyền thông RS485 thiết kế lắp đặt mạng truyền thông nối tiếp (Bit oriented timing scheme) Các hệ thống đại ngày có độ tin cậy cao dùng MC68HCHọ vi điều khiển mạnh Motorola • Mục đích cách giải : ! ! ! Xây dựng qui trình lập mạng EVBU MC68HC11 vi điều khiển khác Áp dụng kiểm tra nguyên lý truyền thông RS485 (Định thời theo hướng bit) thiết kế mạch chuyển đổi RS232C-RS485 Thực kiểm tra điều khiển giám sát kết lập mạng (phương thức truyền nhận, xử lý điều chỉnh liệu thu thập từ máy tính, …) II GIỚ I THIỆU SƠ LƯC NỘI DUNG Luận văn tốt nghiệp bao gồm chương : Chương giới thiệu tổng quan tóm tắt sơ lược nội dung mục luận văn Tiếp đó, Chương trình bày số lý thuyết chuẩn truyền thông RS232, RS422 đặc biệt RS485, vấn đề liên quan đến tín hiệu vi sai, trở kháng, yêu cầu kỹ thuật, … thiết kế lắp đặt hệ thống mạng RS485 Chương giới thiệu khái niệm chung mạng truyền thông, giao thức truyền nhận, cách kiểm soát xử lý sai số, quy trình quản lý địa chỉ, thời gian… truyền liệu Chương trình bày cấu trúc họ vi điều khiển MC68HC11 bao gồm ghi chính, đặc điểm xuất nhập I/O, hoạt động củabộ truyền phát nối tiếp hệ thống Timer chi tiết cách sử dụng ngắt chế độ làm việc khác MCU Chương 5, thực dựa sở chương trên, bao gồm trình thiết kế thi công mạch chuyển đổi RS232-RS485, phương pháp điều khiển việc truyền nhận data, toàn lưu đồ giải thuật lập trình mạng theo giao thức Master/Slave, cách xử lý thu thập liệu liệu từ node… Cuối phần Kết luận đánh giá kết yêu cầu thực SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn Trang Mạng giám sát điều khiển GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH được, hướng phát triển đề tài Bên cạnh đó, chi tiết chương trình Assembler, Visual Basic số datasheet linh kiện sử dụng đề tài tham khảo phần Phụ lục luận văn Cuối Phụ lục tài liệu tham khảo trình thực đề tài, số địa Website liên quan đến truyền thông nối tiếp, RS485 họ Vi điều khiển 68HC11 III SƠ BỘ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁ T TRIỂN : • Luận văn thực giải vấn đề sau : ! Thiết kế hoàn chỉnh mạch chuyển đổi RS232-RS485 theo nguyên lý ! Mạng thu thập liệu theo giao thức đề ! Điều khiển liệu theo yêu cầu • Một số lý thuyết ví dụ áp dụng phát triển qua đề tài : ! ! ! ! Đề tài áp dụng phát triển thành hệ thống SCADA thực thụ, thu thập xử lý liệu có khối lượng lớn Với nhiều đầu vào (từ node), áp dụng lý thuyết điều khiển mờ, nơron, lấy số liệu từ mạng để xây dựng sở liệu cho đối tượng Bằng cách thu thập nhiều liệu từ node khác nhau, trung tâm điều khiển (máy tính) phối hợp số liệu để đưa lệnh điều khiển thông báo quan trọng, đặc biệt lónh vực mà độ xác định đưa đòi hỏi dựa thông số nhận sản xuất, đo đạc… Nếu phối hợp thêm với hệ thống điện thoại vô tuyến (modem) tạo thành hệ thống mạng nhiều cấp độ, đề tài áp dụng hệ thống thu thập liệu phân tán (distributed system) vào lónh vực ứng dụng rộng rãi dự báo thời tiết, điều khiển thủy lợi, quản lý hệ thống điện dân dụng… T AL K / D AT A TA LK Maùy thu phaùt * 8 Điện thoại TB đo Thiết bị thu thập số liệu dùng RS485 TB đo Máy thu phát * R S C S TR R D TD CD CD Modem T AL K / D A T A T AL K R S C S TR R D TD Modem R S C S TR R D TD CD # T AL K / D AT A TA LK T AL K / D A T A T AL K R S C S TR R D TD Modem # CD Modem TAL K / D A TA TAL K Điện thoại Máy thu phát * 8 TB ño # T AL K / D A T A T AL K Điện thoại Hệ thống tin học trung tâm Mô hình mạng thu thập liệu phân tán SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn R S C S TR R D TD C D Modem R S C S TR R D TD CD Modem Thiết bị thu thập số liệu dùng RS485 TB đo Trang Mạng giám sát điều khiển CHƯƠNG II I GIỚ I THIỆ U : I.1 RS232 GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS232, RS422/485 & ADAPTER CHUYỂN ĐỔI RS232–RS485 " Chuẩn RS-232C lần giới thiệu vào năm 1962 hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA chuỗi giao tiếp truyền thông máy tính thiết bị ngoại vi (modem, máy tính khác, máy vẽ, mouse …) " Cổng giao tiếp RS-232C giao diện phổ biến rộng rãi Máy tính PC thường dùng chuột cho cổng COM1, COM2 để trống cho ứng dụng khác Cùng với cổng máy in, cổng nối tiếp RS-232C sử dụng thuận tiện cho mục đích đo lường điều khiển " Việc truyền liệu qua RS-232C tiến hành theo cách nối tiếp, nghóa bit liệu gửi nối tiếp đường truyền dẫn Trước hết , loại truyền dùng cho khoảng cách lớn khả gây nhiễu nhỏ đáng kể so với dùng cổng song song Mặt khác, việc dùng cổng song song có nhược điểm đáng kể cáp truyền dùng nhiều sợi làm tăng chi phí Hơn nữa, tín hiệu nằm khoảng 0-5V không thích hợp với khoảng cách lớn " Tốc độ baud RS232 thông thường có giá trị : 300, 1200, 4800, 9600, 19200 baud chaân 25 chaân 20 22 Chức DCD – Data Carrier Detect (ngõ vào) RXD – Receive Data ( ngõ vào) TXD – Transmit Data( ngoõ ra) DTR – Data Terminal Ready ( ngõ ra) GND – Ground ( nối đất) DSR – Data Set Ready ( ngõ vào RTS – Request To Send ( ngoõ ra) CTS – Clear To Send ( ngõ vào) RI – Ring Indicator( ngõ ra) Sắp xếp chân cổng nối tiếp máy tính " Mức tín hiệu nhận truyền qua chân RXD TXD thông thường nằm khoảng –12V đến +12V, mức logic tín hiệu đảo ngược lại.Mức điện áp mức High nằm –3V –12V, mức Low nằm +3V +12V SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn Trang Mạng giám sát điều khiển GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH " Ở trạng thái tónh đường có điện áp –12V, bít khởi động (startbit) mở đầu cho việc truyền liệu, tiếp sau đến bit liệu; bit có giá trị thấp gửi trước tiên Số bit liệu thay đổi Cuối bit dừng (stop bit) đặt lại trạng thái lối (-12V) " Một yêu cầu quan trọng RS-232 thời gian chuyển từ mức logic tới mức logic khác không vượt 4% thời gian bit Vì thế, tốc độ 19200 baud, thời gian chuyển mức logic phải nhỏ 0.04/19200=2,1µs Chính vấn đề làm giới hạn chiều dài đường truyền Với tốc độ truyền 19200 baud ta truyền xa 50ft (khoảng 15m) " Một vấn đề quan trọng cần ý sử dụng RS-232C mạch thu phát không cân (single ended - đơn cực) Điều có nghóa tín hiệu vào so với đất Vì vậy, điện hai điểm đất hai mạch thu phát không có dòng điện chạy trên dây đất Kết có áp rơi dây đất ( V=I.R) làm suy yếu tín hiệu " Nếu truyền tín hiệu xa, điện trở R tăng dẫn đến áp rơi đất lớn dần đến lúc tín hiệu logic rơi vào vùng không xác định mạch thu không liệu truyền từ mạch phát Đây nguyên nhân giới hạn đường truyền chuẩn RS232 I.2 RS-422/485 I.2.1 Giới thiệu Khi thực thông tin tốc độ cao, qua khoảng cách lớn môi trường thực, phương pháp đơn cực (single-ended) thường không thích hợp Việc truyền dẫn liệu vi sai (hay tín hiệu vi sai cân bằng) cho kết tốt phần lớn trường hợp Tín hiệu vi sai loại bỏ ảnh hưởng thay đổi nối đất giảm nhiễu xuất điện áp chung mạng SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn Trang Mạng giám sát điều khiển GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH RS422 thiết kế dùng cho khoảng cách tốc độ Baud rates lớn so với RS232, mức tín hiệu lên đến 100K bit/giây khoảng cách đạt 4000ft RS422 tạo thành mạng multi-drop network với truyền khoảng 10 nhận Tuy nhiên, mạng multi-network thực gồm nhiều mạch phát nhận nối vào đường dây bus chung, node phát nhận data RS485 đáp ứng yêu cầu Chuẩn RS485 cho phép 32 mạch truyền mạch nhận nối vào đường dây bus đơn (với repeater tự động truyền/nhận trở kháng cao, giới hạn mở rộng lên đến 256 node mạng) Bên cạnh đó, RS485 chịu xung đột data (data collision) điều kiện lỗi đường truyền Để giải vấn đề xung đột data thường xuất mạng multi-drop network, đơn vị phần cứng (converters, repeaters, micro-processor controls) thiết kế để trì trạng thái nhận chúng sẵn sàng truyền data Một node master kích khởi yêu cầu truyền đến slave node cách định địa node Phần cứng phát bit start ký tự truyền tự động cho phép truyền làm việc Sau ký tự truyền , phần cứng trở trạng thái nhận sau vài micro giây Khi có ký tự cần gửi, truyền tự động kích lại Như vậy, slave node định địa đáp ứng mà không cần thực khoảng delay dài để tránh xung đột Những ưu điểm RS485 so với RS232 : • Chi phí thấp Bộ truyền nhận thường không đắt đòi hỏi nguồn đơn +5V (hoặc thấp hơn) để tạo mức áp tối thiểu 1,5V ngõ vi sai Ngược lại, ngõ tối thiểu RS232 5V cần nguồn cung cấp kép chip có chi phí đáng kể để tạo nguồn • Khả nối mạng Thay giới hạn đơn vị, RS485 giao diện cung cấp cho việc kết nối có nhiều truyền nhận.Với nhận có trở kháng cao kết hợp với repeater, RS485 cho kết nối lên đến 256 node • Đường dây kết nối dài Một mạng RS485 dài đến 4000 feet so với RS232 có giới hạn từ 50 đến 100 feet • Tốc độ nhanh RS485 cho tốc độ lên đến 10 Megabits/giây SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn Trang Mạng giám sát điều khiển SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH Trang 10 Mạng giám sát điều khiển SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH Trang 11 Mạng giám sát điều khiển GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH I.2.2 Đường dây cân bất cân bằng: Yếu tố cho phép RS485 truyền qua khoảng cách dài việc dùng đường dây cân bằng(vi sai) Mỗi tín hiệu truyền cặp dây, với điện áp dây với phần âm điện áp dây lại Bộ nhận đáp ứng theo chênh lệch điện áp Đường dây vi sai có ưu điểm lớn khả loại nhiễu Ngược lại, RS232 dùng dây bất cân hay đơn cực (single ended), nhận đáp ứng theo khác biệt mức điện áp tín hiệu đường dây đất dùng chung (một giao diện bất cân có nhiều dây đất-ground, tất nối lại với nhau) Chuẩn TIA/EIA-485 gọi hai đường dây vi sai A B Tại truyền, tín hiệu vào có mức logic TTL “high” làm mức áp dây A dương dây B, mức logic “low” làm điện áp dây B dương dây A Tại nhận, mức điện áp dây A dương dây B, mức logic TTL xuất mức high, ngược lại mức low So với mức điện áp đất, tín hiệu vào phải nằm tầm từ –7V đến +12V Điều cho phép truyền nhận nối đất khác Mức điện áp vi sai lớn phải không lớn ±6V Đường dây cân ổn định hai dây tín hiệu mang dòng xấp xỉ ngược Điều giảm nhiễu nhận phần lớn điện áp nhiễu chênh lệch không nhiều hai dây Bất tín hiệu nhiễu xuất đường dây bị triệt tiêu điện áp ngược lại dây Tại nhận cân bằng, tín hiệu truyền nhận với nhiễu bị triệt tiêu giảm phần lớn Ngược lại, giao diện bất cân bằng, nhận phát điện áp sai biệt SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn Trang 12 ... THAM KHẢO 134 Mạng giám sát điều khiển GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH CHƯƠNG I I GIỚ I THIỆ U TỔ N G QUAN • Tên đề tài : THIẾT KẾ MẠNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN MC68HC11 DÙNG RS4 85 • Yêu cầu đề tài... Trang Mạng giám sát điều khiển SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH Trang 10 Mạng giám sát điều khiển SVTH : Nguyễn Quốc Tuấn GVHD : Ths LÊ TUẤN ANH Trang 11 Mạng giám sát điều khiển. .. thông RS4 85 (Định thời theo hướng bit) thiết kế mạch chuyển đổi RS2 32C -RS4 85 Thực kiểm tra điều khiển giám sát kết lập mạng (phương thức truyền nhận, xử lý điều chỉnh liệu thu thập từ máy tính,

Ngày đăng: 25/04/2013, 10:13

Hình ảnh liên quan

R SC STR R DT DCDT A L K   /   D A T AT A L K - Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485
R SC STR R DT DCDT A L K / D A T AT A L K Xem tại trang 4 của tài liệu.
Cấu hình tiêu biểu của hệ thống truyền dữ liệu bao gồm: - Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

u.

hình tiêu biểu của hệ thống truyền dữ liệu bao gồm: Xem tại trang 23 của tài liệu.
CPU có 7 thanh ghi và nó được chỉ ra như hình dưới đây: - Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

c.

ó 7 thanh ghi và nó được chỉ ra như hình dưới đây: Xem tại trang 42 của tài liệu.
! EELAT = 0: Bus địa chỉ dữ liệu được cấu hình là đọc không thể lập trình được.  - Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485
Bus địa chỉ dữ liệu được cấu hình là đọc không thể lập trình được. Xem tại trang 50 của tài liệu.
VI.2 Hệ thống ngắt của vi xử lý MC68HC11 (interrupt) - Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

2.

Hệ thống ngắt của vi xử lý MC68HC11 (interrupt) Xem tại trang 64 của tài liệu.
Từ bảng nguyên lý như trên, ta thấy chip 75176 chỉ cho phép tín hiệu chuyển từ mức TTL sang mức vi sai trên hai chân A, B khi chân DE lên mức cao , khi DE  xuống mức thấp hai ngõ ra A, B sẽ ở trạng thái trở kháng cao - Thiết kế mạng giám sát và điều khiển MC68HC11 dùng RS 485

b.

ảng nguyên lý như trên, ta thấy chip 75176 chỉ cho phép tín hiệu chuyển từ mức TTL sang mức vi sai trên hai chân A, B khi chân DE lên mức cao , khi DE xuống mức thấp hai ngõ ra A, B sẽ ở trạng thái trở kháng cao Xem tại trang 69 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan