thiết kế mạch điều khiển động cơ một chiều sử dụng vi điều khiển họ 8051

Lời nói đầu Ngày nay, ứng dụng vi điều khiển sâu vào đời sống tinh sinh hoạt sản xuất người Thực tế hầu hết thiết bi dân dụng điều có góp mặt Vi điều khiển vi xử lý Ứng dụng vi điều khiển thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế hạ giá thành sản phẩm Ta thấy ứng dụng chúng hệ thống máy tính lớn, hệ thống viễn thông sản phầm quen thuộc máy giặt, điều hòa, đèn giao thông, với mục đích tìm hiểu ứng dụng thực tế kỹ thuật vi xử lý, nhóm chúng em lựa chọn đề tài thiết kế mạch điều khiển động chiều sử dụng vi điều khiển họ 8051 MỤC LỤC Lời Mở Đầu 1.Tổng Quan 2.Các linh kiện sử dụng mạch 2.1 Vi điểu khiển 8051 2.1.1 Kiến trúc phần cứng AT89C52 2.1.2 hoạt động timer 12 2.1.3 hệ thống ngắt 15 2.2 Bộ điều khiển hồng ngoại 18 2.2.1 Phần phát 18 2.2.2 Phần thu 19 2.3 Bộ hiển thị sử dụng ic giải mã 74ls47, led đọan 21 2.3.1 Chức 21 2.4 Mạch chữ H điều khiển động 22 2.5 Động điện chiều 23 Lưu đồ thuật toán chương trình 24 3.1 Lưu đồ chương trình mạch 24 3.2 Chương trình 30 Sơ đồ mạch 35 Tổng Quan - Sơ Đồ khối mạch thu - Sơ đồ khối mạch phát Thiết kế mạch - - - điều khiển động DC với mục đích tăng, giảm tốc độ, khởi động, tạm dừng, đảo chiều dộng Thực thao thông qua nút nhấn start, stop, quay thuận, quany nghịch, tăng tốc giảm tốc điều khiển từ xa sóng hồng ngoại cho phép người sử dụng dễ dàng điều chỉnh động hoạt động theo mong muốn Như tín hiệu từ thiết bị điều khiển từ xa nhút nhấn vào vi sử lý, từ vi sử lý đưa tín hiệu điều khiển đóng mở transito mạch trữ H để điều khiển động  Khối vi xử lý trái tim khối óc hệ thống phần quan trọng điều khiển hoạt động mạch - Khối điều khiển:điều khiển hướng động điện chiều.trong toán chúng em xử dụng mạch cầu H để điều khiển hướng động - - Khối hiển thị, nhận tín hiệu từ vi xử lý hiển thị tốc độ led đoạn Khối thu giải mã sóng hồng ngoại: nhận tín hiệu điều khiển từ xa, giải mã tín hiệu đưa tới vi sử lý Bộ điều khiển từ xa phát tín hiệu sóng hồng ngoại truyền đến thu để điều khiển động theo í muốn người sử dụng Khối hiển thị:nhận số liệu tốc độ động từ vi xử lý hiển thị lên led theo điều khiển Vi điều khiển Khối nguồn ổn áp 5V:có chức cung cấp điện áp ổn định cho khối mạch.Cụ thể mạch ta sử dụng hai nguồn riêng biệt: Nguồn 5V DC dùng để nuôi IC mạch hoạt động tạo tín hiệu xuất chuẩn TTL,tránh trường hợp nhiễu điện áp không với điện áp cấp cho IC => tránh IC không hoạt động,hỏng hóc,chập cháy Nguồn 12V DC dùng để cung cấp cho động chiều DC (trong đồ án sử dụng động chiều DC 12V Các linh kiện sử dụng mạch 2.1 Vi điểu khiển 8051 2.1.1 Kiến trúc phần cứng AT89C52 AT89C51 phiên 8051 có ROM chip Flash Phiên thích hợp cho ứng dụng nhanh nhớ Flash xoá vài giây AT89C51 lập trình qua công COM máy tính IBM PC Các thành phần bên gồm có: - 128 byte RAM - 8Kbyte ROM - 32 đường xuất nhập - định thời đếm 16 bit - nguyên nhân ngắt - port nối tiếp song công - mạch dao động tạo xung clock chi a Cấu hình chân 89ATC52: U 3 3 3 3 2 19 18 31 P P P P P P P P 0 0 0 0 /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D P P P P P P P P 1 1 1 1 /T P /R XD /T -E X P /T X D P /IN T P 3 /IN T P /T P /T P /W R P /R D XTA L1 XTA L2 P P P P P P P P 2 2 2 /A /A /A /A /A /A /A /A A L E /P R O G P S E N 2 2 2 2 1 1 1 1 30 29 E A /V P P R S T A T89C 52 b Mô tả chân - Vcc (40):chân cấp điện (5V) - GND (20):chân đất (0V) * Cổng Port định cổng I/O từ chân đến Chúng sử dụng cho mục đích giao tiếp với thiết bị cần thiết Ngoài chân P1.0, P1.1 chân liên quan đến hoạt động ngắt định thời Trong mô hình thiết kế không dùng nhớ ngoài, Port cổng I/O Còn hệ thống lớn có yêu cầu số lượng đáng kể nhớ Port trở thành đường truyền liệu bit thấp bus địa Ngoài chân P1.0(T2) ngõ vào đếm thời gian P1.1(T2EX) chân capture/reload đếm thời gian * Cổng Port cổng I/O đường tryển bit cao bus địa cho mô hình thiết kế có nhớ chương trình nằm học có 256 byte nhỡ liệu * Cổng Port mục đích chung cổng I/O, chân kiêm nhiều chức khác liên quan đến đặc tính đăc biệt vi điều khiển Bit Tên Địa Chức thứ hai bit P3.0 RXD B0H Nhận liệu cho cổng nối tiếp P3.1 TXD B1H Truyền liệu cho cổng nối tiếp P3.2 ‘INTO B2H Ngắt bên P3.3 ‘INT1 B3H Ngắt bên P3.4 T0 B4H Ngõ vào đếm thời gian P3.5 T1 B5H Ngõ vào đếm thời gian P3.6 ‘WR B6H Tín hiệu điều khiển ghi nhớ liệu P3.7 ‘RD B7H Tín hiệu điều khiển đọc nhớ liệu Những chức thứ hai chân cổng Port - /PSEN tín hiệu điều khiển cho phép nhớ chương trình bên hoạt động Nó thường kết nối đến chân /OE (Output Enable) /EPROM để đọc byte chương trình Xung tín hiệu /PSEN mức thấp suốt phạm vi trình lệnh Còn thi hành chương trình từ ROM bên chip, chân /PSEN mức cao - Tín hiệu ALE có chức đặc biệt tách byte địa thấp bus liệu cổng P0 sử dụng cở chế độ hay gọi chế độ dồn kênh, nghĩa sử dụng đường truyền cho bit liệu byte thấp bus địa - Khi chân /EA mức cao, vi điều khiển thực chương trình lưu trữ ỏ vùng nhớ thấp 8Kbyte ROM bên chip Còn /EA mức thấp có chương trình lưu nhớ thực - AT89S52có dao động nội bên chip hoạt động theo tần số dao động thạch anh nằm bên Tần số thông dụng thạch anh 11,0592 MHZ - RST (9):ngõ vào reset mức cao chân chu kì máy RST Mạch reset tác động tay tự động reset lại máy - XTAL1 XTAL2:là hai ngõ vào khuếch đại đảo mạch giao động,được cấu hình dùng để dùng giao động chíp Không có yêu cầu chu kì nghiện vụ tín hiệu xung Clock bên tín hiệu phải qua mạch flip-flop chia hai trước tới mạch tạo xung bên trong.Tuy nhiên chi tiết kĩ thuật thời gian mức thấp thời gian mức cao,điện áp cực đại ,điện áp cực tiểu cần xem xét c tổ chức nhớ Không gian nhớ vi điều khiển phân chia thành phần: nhớ liệu nhớ chương trình Hầu hết IC MCS có nhớ chương trình nằm bên chip, nhiên mở rộng dung lượng lên đến 64K nhớ chương trình 64K liệu cách sử dụng số nhớ Bên chip vi điều khiển AT89C51 có 128 byte nhớ liệu Không gian nhớ bên chia thành bank ghi, RAM địa theo bit, RAM dùng chung ghi chức đặc biệt 7F FF RAM dùng chung 30 F0 F F F F F F F F B E0 E E E E E E E E ACC D0 D D D D D D D D PSW CD TH2 CC TL2 CB RCA P2L CA RCA P2H C8 T2C ON B8 2F 7 7 7 F E D C B A - - - B B B B B IP C B A 9 B0 B B B B B B B B P3 7 7 A8 A F 6 6 6 F E D C B A A0 A A A A A A A A P2 6 6 99 2B 5 5 5 F E D C B A 98 2E 7 D 2C 7 6 7 - A A A A A IE C B A SBU F F E 9 9 D C B A 9 SCO N A 5 90 29 4 4 4 F E D C B A 8D TH1 28 4 8C TH0 27 3 3 3 F E D C B A 8B TL1 26 3 8A TL0 25 2 2 2 F E D C B A 24 2 2 89 23 1 1 1 F E D C B A 22 1 88 21 0 0 0 F E D C B A 20 0 6 6 5 5 5 5 4 4 4 3 3 3 9 9 9 9 P1 TMO D F E 8 8 D C B A 8 TCO N PCO N 1F Bank Register 83 DPH 82 DPL 81 00 SP 80 8 8 8 8 P0 Sơ đồ chi tiết không gian nhớ liệu bên vi điều khiển d ghi đặc biệt AT89C52 có ghi R0 đến R7 21 ghi chức đặc biệt SFR (Special Function Register) nằm phần RAM từ địa 80H đến FFH - Thanh ghi trạng thái PSW (program stastus word): Bit Ký hiệu Địa Mô tả bit PSW.7 CY D7H Cờ nhớ PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ PSW.5 FO D5H Cờ PSW.4 RS1 D4H Chọn dãy ghi(bit 1) PSW.3 RS0 D3H Chọn dãy ghi(bit 0) 00=bank1: địa từ 00h đến 07h 01=bank2: địa từ 08h đến 0Fh 10=bank3: địa từ 10h đến 17h 01=bank2: địa từ 18h đến 1Fh PSW.2 OV D2H Cờ tràn PSW.1 - D1H Dự trữ PSW.0 P D0H Cờ kiểm tra chẵn lẻ - Thanh ghi B: ghi sử dụng kèm theo ghi A để thực phép toán nhân chia Thanh ghi B xem ghi đệm dùng chung Nó có địa từ F0 đến F7 10 Mạch chữ H sử dụng trasito để điều khiển động M Khi tín hiệu điều khiển đưa vào T5, T5 mở, dẫn dòng mở T1 T4, dòng điện chạy từ nguồn qua T1, tới đọng qua T4 cực âm nguồn, động chạy theo chiều thuận - Muốn đảo chiều động cơ, đưa tín hiệu điều khiển vào T6, - Tốc độ động phụ thuộc vào độ rộng sung tín hiệu điều khiển 2.5 Động điện chiều - Hình ảnh thực tế động DC Cấu tạo bên động điện chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Cấu tạo động gồm có phần: stato đứng yên rôto quay so với stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt stato) tạo từ trường mạch từ, xuyên qua vòng dây quấn phần ứng (thường đặt rôto) Khi có dòng điện chạy mạch phần ứng, dẫn phần ứng chịu tác 23 động lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay Chính xác hơn, lực điện từ đơn vị chiều dài dẫn tích có hướng vectơ mật độ từ thông B vectơ cường độ dòng điện I Dòng điện phần ứng đưa vào rôto thông qua hệ thống chổi than cổ góp Cổ góp giúp cho dòng điện dẫn phần ứng đổi chiều dẫn đến cực từ khác tên với cực từ mà vừa qua (điều làm cho lực điện từ sinh luôn tạo mômen theo chiều định) Lưu đồ thuật toán chương trình start Kiểm ta mút ấn Khởi tạo: GT TT QN QT STOP TR2=1 PWM Tin hieu ĐK Động Cơ Động END Đ S Đ S Đ S Đ S Đ S 24 3.1 lưu đồ chương trình mạch 25 - Hàm khởi động động quoay thuận Qoay thuan(void) P1.2==0 P1.5=0 P1.6=1 Return phantramxung S Đ - P1.5 P1.6 chân điều khiển sáng led thông báo chạy thuận hay chạy nghịch 26 - Hàm khởi động động quoay ngược Quoay nguoc(void) P1.4==0 P1.5=1 P1.6=0 Return phantramxung S Đ 27 - Hàm khởi tao dừng động Dung(void) P1.3==0 P1.5=0 P1.6=0 Phantramxung=0 Return phantramxung S Đ 28 - hàm tăng tốc : tangtoc Phantramxung >0 Phantramxung >4 P1.0==0 Phantramxung ++ Phantramxung=5 Return phantramxung S Đ Đ S S Đ 29 - Hàm giảm tốc độ: Phantramxung [...]... đồ điều khiển động cơ mạch 22 Mạch chữ H sử dụng 6 trasito để điều khiển động cơ M Khi tín hiệu điều khiển đưa vào T5, T5 mở, dẫn dòng mở T1 và T4, dòng điện chạy từ nguồn qua T1, tới đọng cơ và qua T4 về cực âm của nguồn, động cơ chạy theo chiều thuận - Muốn đảo chiều động cơ, đưa tín hiệu điều khiển vào T6, - Tốc độ động cơ phụ thuộc vào độ rộng sung của tín hiệu điều khiển 2.5 Động cơ điện một chiều. .. thực tế của động cơ DC Cấu tạo bên trong của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều 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 của phần ứng (thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng,... vai trò trong vi c thiết kế và thực hiện các ứng dụng của vi điều khiển Chúng cho phép hệ thống đáp ứng một cách không đồng bộ đến một sự kiện và giải quyết sự kiện đó khi chương trình khác đó khi chương trình khác đang chạy Chương trình giải quyết yêu cầu của một ngắt gọi là thủ tục phục vụ ngắt ISR ISR dùng để đáp ứng lại một ngắt và thường là thực hiện các hoạt động vào ra đối với một thiết bị vào... song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc vi c chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh -Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào... đến một cực từ khác tên với cực từ mà nó vừa đi qua (điều này làm cho lực điện từ được sinh ra luôn luôn tạo ra mômen theo một chiều nhất định) 3 Lưu đồ thuật toán và chương trình start Kiểm ta mút ấn Khởi tạo: GT TT QN QT STOP TR2=1 PWM Tin hieu ĐK Động Cơ Động cơ END Đ S Đ S Đ S Đ S Đ S 24 3.1 lưu đồ chương trình của mạch 25 - Hàm khởi động động cơ quoay thuận Qoay thuan(void) P1.2==0 P1.5=0 P1.6=1... dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác Bộ hiển thị sử dụng ic giải mã 74ls47, led 7 đọan 2.3.1 Chức năng: - Một trong những IC phổ biến trong điện tử số Có rất nhiều kí hiệu khác nhau tùy thuộc vào hãng và khả năng đáp ứng như: 74HC47, 74HCT47,74LS47, Ứng dụng: Đây là IC giải mã kí giành... bit) + M1=1, M0=0: Mode 2 (Chế độ tự động nạp 8 bit) + M1=1, M0=1: Mode 3 (Chế đô định thời chia xẻ) - Thanh ghi điều khiển bộ định thời TCON (Timer control register): Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả TCON.7 TF1 8FH Cờ tràn bộ định thời TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1 TCON.5 TF0 8DH Cờ tràn bộ định thời 0 TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1 TCON.3 IE1 8BH... (TL2: bit thấp) và 8CD(TH2: byte cao) Hoạt động của các bộ đếm thời gian được thiết lập bởi các thanh ghi TMOD,TCON, T2CON Ngoài ra các thanh ghi RCAP2L, RCAP2H được sử dụng trong chế độ tự nạp của 16 bitbộ định thời 2 - Các thanh ghi cổng tuần tự: IC AT89C52 chứa một cổng nối tiếp để kết nối với các thiết bị nối tiếp như moderm hoặc để giao tiếp với các IC khác sử dụng giao tiếp nối tiếp Bộ đệm dữ liệu... ngắt bị cấm sau khi hệ thống khởi động lại và để được bật bằng cách ghi vào thanh ghi cho phep ngắt IE Mức ưu tiên được thiết lập thông qua thanh ghi ưu tiên IP - Thanh ghi điều khiển năng lượng PCON (Power Control Register): chứa nhiều bit điều khiển đảm bảo các chức năng khác nhau 2.1.2 hoạt động của timer a các thanh ghi của bộ định thời Để truy cập bộ định thời ta sử dụng 11 thanh ghi FSR: SFR Mục... qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh - Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh 20 được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển - Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động