Tiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự do

Tiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự doTiểu luận mô phỏng cánh ta robot ba bậc tự do

LỜI NÓI ĐẦU Theo trình phát triển xã hội, nhu cầu nâng cao sản xuất chất lượng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hóa sản xuất Xu hướng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành phát triển mạnh mẽ…Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng người máy,các cánh tay máy tự động (Robot) để tạo hệ sản xuất tự động linh hoạt Robot ứng dụng rộng rãi đóng vai trò quan trọng sản xuất đời sống Robot cấu đa chức có khả lập trình dùng để di chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ thông qua truyền động lập trình trước Khoa học robot chủ yếu dựa vào phép toán đại số ma trận Robot có cánh tay với nhiều bậc tự thực chuyển động tay người điều khiển máy tính điều khiển chương trình nạp sẵn chip bo mạch điều khiển robot Theo yêu cầu môn học nhóm chúng em giao đề tài :” Mô cánh tay máy bậc tự do” dựa phần mềm học môn học.Trong trình tìm hiểu hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn chúng em học hoi nhiều kiến thức để mô trình hoạt động robot.Nhưng thời gian có hạn tiểu luận nhóm chúng em nhiều sai sót mong góp ý thầy bạn để nhóm hoàn thiện Hà Nội 28/12/2012 Nhóm thực MỤC LỤC Trang Chương I Giới thiệu tay máy công nghiệp……… ……………… 1.1 Sơ lược trình phát triển Robot………………………… 1.2 Ứng dụng Robot sản xuất…………………………….4 1.3.Các khái niệm định nghĩa Robot Công nghiệp……………5 1.4 Cấu trúc Robot công nghiệp…………………………8 1.5 Phân lọai Robot công nghiệp…………………………………….9 1.6 Giới thiệu Robot Scara……………………………………….10 1.7 Một số loại Scara hang sản xuất……………………… 11 Chương II Mô tay máy bậc tự do…………… …………… 12 2.1 Giới thiệu phần mềm EASY-ROB 2.0………………12 2.2 Các bước xây dựng Robot Scara phần mềm EASR-ROB…………………… 14 Chương III.Thiết kế mạch điều khiển cho tay máy…………………… 22 3.1 Giới thiệu vi điều khiển……………………………….……22 3.2 Động bước …………………………………………………27 3.3 Mạch Điều khiển……………………………………………….29 3.4 Chương trình điều khiển……………………………………… 30 CHƯƠNG I.GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHỆP 1.1 SƠ LƯỢT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP (IR : INDUSTRIAL ROBOT): Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa công việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Trong kịch nầy, Rossum trai ông ta chế tạo máy gần giống với người để phục vụ người Có lẽ gợi ý ban đầu cho nhà sáng chế kỹ thuật cấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho loại thiết bị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất Về mặt kỹ thuật, robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật đời sớm cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) Các cấu điều khiển từ xa (hay thiết bị kiểu chủ-tớ) phát triển mạnh chiến tranh giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu vật liệu phóng xạ Người thao tác tách biệt khỏi khu vực phóng xạ tường có vài cửa quan sát để nhìn thấy công việc bên Các cấu điều khiển từ xa thay cho cánh tay người thao tác; gồm có kẹp bên (tớ) hai tay cầm bên (chủ) Cả hai, tay cầm kẹp, nối với cấu sáu bậc tự để tạo vị trí hướng tuỳ ý tay cầm kẹp Cơ cấu dùng để điều khiển kẹp theo chuyển động tay cầm Vào khoảng năm 1949, máy công cụ điều khiển số đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công chi tiết ngành chế tạo máy bay Những robot thực chất nối kết khâu khí cấu điều khiển từ xa với khả lập trình máy công cụ điều khiển số Dưới điểm qua số thời điểm lịch sử phát triển người máy công nghiệp Một robot công nghiệp chế tạo robot Versatran công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian nầy Mỹ xuất loại robot Unimate ư1900 dùng kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh 1967, Thụy Điển Nhật 1968 theo quyền Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; Ý - 1973 Tính làm việc robot ngày nâng cao, khả nhận biết xử lý Năm 1967 trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) chế tạo mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả nhận biết định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ cảm biến Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa loại robot điều khiển máy vi tính, gọi robot T3 (The Tomorrow Tool : Công cụ tương lai) Robot nầy nâng vật có khối lượng đến 40 KG Có thể nói, Robot tổ hợp khả hoạt động linh hoạt cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày phong phú hệ thống điều khiển theo chương trình số kỹ thuật chế tạo cảm biến, công nghệ lập trình phát triển trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia Trong năm sau nầy, việc nâng cao tính hoạt động robot không ngừng phát triển Các robot trang bị thêm loại cảm biến khác để nhận biết môi trường chung quanh, với thành tựu to lớn lĩnh vực Tin học - Điện tử tạo hệ robot với nhiều tính đăc biệt, Số lượng robot ngày gia tăng, giá thành ngày giảm Nhờ vậy, robot công nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất đại Một vài số liệu số lượng robot sản xuất vài nước công nghiệp phát triển sau : Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 66.118 29.756 67000 Mỹ 4.237 7.634 11000 Đức 5.845 5.125 8.600 Ý 2.500 2.408 4000 Pháp 1.448 1.197 2000 510 1086 1500 1000 1200 Nước SX Nhật Anh Hàn Quốc Mỹ nước phát minh Robot nước phát triển cao lĩnh vực nghiên cứu chế tạo sử dụng lại Nhật Bản 1.2 ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT : Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu sản xuất tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả to lớn robot : làm việc mệt mỏi, dễ dàng chuyển nghề cách thành thạo, chịu phóng xạ môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” từ trường “nghe” siêu âm Robot dùng thay người trường hợp thực công việc không nặng nhọc đơn điệu, dễ gây mệt mõi, nhầm lẫn Trong ngành khí, robot sử dụng nhiều công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm Ngày xuất nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm máy CNC với Robot công nghiệp, dây chuyền đạt mức tự động hoá cao, mức độ linh hoạt cao máy robot điều khiển hệ thống chương trình Ngoài phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot sử dụng việc khai thác thềm lục địa đại dương, y học, sử dụng quốc phòng, chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, lĩnh vực xã hội Rõ ràng khả làm việc robot số điều kiện vượt khả người; phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao suất lao động, giảm nhẹ cho người công việc nặng nhọc độc hại Nhược điểm lớn robot chưa linh hoạt người, dây chuyền tự động, có robot bị hỏng làm ngừng hoạt động dây chuyền, robot hoạt động giám sát người 1.3 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP : 1.3.1 Định nghĩa robot công nghiệp : Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) : Robot công nghiệp cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ; có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp theo hành trình thay đổi chương trình hoá nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) : Robot tay máy vạn lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chuyên dùng thông qua chương trình chuyển động thay đổi để hoàn thành nhiệm vụ khác Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga) : Robot công nghiệp máy tự động, đặt cố định di động được, liên kết tay máy hệ thống điều khiển theo chương trình, lập trình lại để hoàn thành chức vận động điều khiển trình sản xuất Có thể nói Robot công nghiệp máy tự động linh hoạt thay phần toàn hoạt động bắp hoạt động trí tuệ người nhiều khả thích nghi khác Robot công nghiệp có khả chương trình hoá linh hoạt nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự chúng Robot công nghiệp trang bị bàn tay máy cấu chấp hành, giải nhiệm vụ xác định trình công nghệ : trực tiếp tham gia thực nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy ) phục vụ trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá ) với thao tác cầm nắm, vận chuyển trao đổi đối tượng với trạm công nghệ, hệ thống máy tự động linh hoạt, gọi “Hệ thống tự động linh hoạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh thao tác đơn giản nhiệm vụ sản xuất thay đổi 1.3.2 Bậc tự robot (DOF : Degrees Of Freedom) : Bậc tự số khả chuyển động cấu (chuyển động quay tịnh tiến) Để dịch chuyển vật thể không gian, cấu chấp hành robot phải đạt số bậc tự Nói chung hệ robot cấu hở, bậc tự tính theo công thức : w = 6n − ∑ ipi i =1 Ở đây: n - Số khâu động; pi - Số khớp loại i (i = 1,2, .,5 : Số bậc tự bị hạn chế) Đối với cấu có khâu nối với khớp quay tịnh tiến (khớp động loại 5) số bậc tự với số khâu động Đối với cấu hở, số bậc tự tổng số bậc tự khớp động Để định vị định hướng khâu chấp hành cuối cách tuỳ ý không gian chiều robot cần có bậc tự do, bậc tự để định vị bậc tự để định hướng Một số công việc đơn giản nâng hạ, xếp yêu cầu số bậc tự Các robot hàn, sơn thường yêu cầu bậc tự Trong số trường hợp cần khéo léo, linh hoạt cần phải tối ưu hoá quỹ đạo, người ta dùng robot với số bậc tự lớn 1.3.3 Hệ toạ độ (Coordinate frames) : Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với qua khớp (joints), tạo thành xích động học xuất phát từ khâu (base) đứng yên Hệ toạ độ gắn với khâu gọi hệ toạ độ (hay hệ toạ độ chuẩn) Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với khâu động gọi hệ toạ độ suy rộng Trong thời điểm hoạt động, toạ độ suy rộng xác định cấu hình robot chuyển dịch dài chuyển dịch góc khớp tịnh tiến khớp quay Các toạ độ suy rộng gọi biến khớp.(hình 1.1) Các hệ toạ độ gắn khâu robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải : Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út áp út vào lòng bàn tay, xoè ngón : cái, trỏ theo phương vuông góc nhau, chọn ngón phương chiều trục z, ngón trỏ phương, chiều trục x ngón biểu thị phương, chiều trục y (hình 1.2) Trong robot ta thường dùng chữ O số n để hệ toạ độ gắn khâu thứ n Như hệ toạ độ (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) ký hiệu O0; hệ toạ độ gắn khâu trung gian tương ứng O1, O2, , On-1, Hệ toạ độ gắn khâu chấp hành cuối ký hiệu On 1.3.4 Trường công tác robot (Workspace or Range of motion): Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) robot toàn thể tích quét khâu chấp hành cuối robot thực tất chuyển động Trường công tác bị ràng buộc thông số hình học robot ràng buộc học khớp; ví dụ, khớp quay có chuyển động nhỏ góc 3600 Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác robot (hình 1.3) 1.4 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP : 1.4.1 Các thành phần robot công nghiệp : Một robot công nghiệp thường bao gồm thành phần : cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, cảm biến, điều khiển , thiết bị dạy học, máy tính phần mềm lập trình nên coi thành phần hệ thống robot Cánh tay robot (tay máy) kết cấu khí gồm khâu liên kết với khớp động để tạo nên chuyển động robot Nguồn động lực động điện (một chiều động bước), hệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động Dụng cụ thao tác gắn khâu cuối robot, dụng cụ robot có nhiều kiểu khác : dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng công cụ làm việc mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn Thiết bị dạy-hoc (Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot thao tác cần thiết theo yêu cầu trình làm việc, sau robot tự lặp lại động tác dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học) Các phần mềm để lập trình chương trình điều khiển robot cài đặt máy tính, dùng điều khiển robot thông qua điều khiển (Controller) Bộ điều khiển gọi Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), thường kết nối với máy tính Một mođun điều khiển có cổng Vào - Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái thân, xác định vị trí đối tượng làm việc dò tìm khác; điều khiển băng tải cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với robot 1.4.2 Kết cấu tay máy : Như nói trên, tay máy thành phần quan trọng, định khả làm việc robot Các kết cấu nhiều tay máy theo cấu tạo chức tay người; nhiên ngày nay, tay máy thiết kế đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dáng khác xa cánh tay người Trong thiết kế sử dụng tay máy, cần quan tâm đến thông số hình - động học, thông số liên quan đến khả làm việc robot : tầm với (hay trường công tác), số bậc tự (thể khéo léo linh hoạt robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp Các khâu robot thường thực hai chuyển động : • Chuyển động tịnh tiến theo hướng x,y,z không gian Descarde, thông thường tạo nên hình khối, chuyển động nầy thường ký hiệu T (Translation) P (Prismatic) 1.5 PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP : Robot công nghiệp phong phú đa dạng, phân loại theo cách sau: 1.5.1 Phân loại theo kết cấu : Theo kết cấu tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các, Kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA trình bày 1.5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động : Có dạng truyền động phổ biến : Hệ truyền động điện : Thường dùng động điện chiều (DC : Direct Current) động bước (step motor) Loại truyền động nầy dễ điều khiển, kết cấu gọn Hệ truyền động thuỷ lực : đạt công suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồng kềnh, tồn độ phi tuyến lớn khó xử lý điều khiển Hệ truyền động khí nén : có kết cấu gọn nhẹ không cần dẫn ngược lại phải gắn liền với trung tâm tạo khí nén Hệ nầy làm việc với công suất trung bình nhỏ, xác, thường thích hợp với robot hoạt động theo chương trình định sẳn với thao tác đơn giản “nhấc lên - đặt xuống” (Pick and Place or PTP : Point To Point) 1.5.3 Phân loại theo ứng dụng : Dựa vào ứng dụng robot sản xuất có Robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi v.v 1.5.4 Phân loại theo cách thức đặc trưng phương pháp điều khiển : Có robot điều khiển hở (mạch điều khiển quan hệ phản hồi), Robot điều khiển kín (hay điều khiển servo) : sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ xác mức độ linh hoạt điều khiển Ngoài có cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm mục đích nghiên cứu 1.6.GIỚI THIỆU VỀ ROBOT SCARA: -Robot scara đời năm 1979 ,đây kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt sử dụng công việc lắp ráp tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng -Robot scara robot phổ biến công nghiệp.Chuyển động robot đơn giản lại phù hợp với dây chuyền ứng dụng hữu hiệu nhiệm vụ nhặt đặt sản phẩm.Robot scara ( Selectively Compliant Articulated Robot Arm) có ngĩa tay máy lắp ráp chọn lọc - Cấu trúc động học tay máy thuộc hệ sinh ,có trục quay ,các khớp thẳng đứng.Nó có cấu tạo hai khớp cánh tay,1 khớp cổ tay khớp tịnh tiến.Các khớp quay hoạt động nhớ điện có phản hồi vị trí.Khớp tịnh tiến hoạt đọng nhờ xi lanh khí nén,trục vít - Ba khớp kiểu Robot nầy có cấu hình R.R.T, trục khớp theo phương thẳng đứng Sơ đồ robot SCARA hình 2.5 10 • Điều chỉnh kích thước khâu • Chọn khớp mà khâu nối vào 18 • Đặt tên cho khâu Nếu chưa vừa ý sửa chửa kích thước khâu, thay đổi vị trí khâu, thay đổi màu xóa Làm tương tự để thiết kế hình dáng khâu lại.: Và khâu tiếp theo: 19 Hình dáng Robot sau hoàn chỉnh : 2.2.3 Thiết kế đối tượng làm việc: • Vào menu 3D-CAD -> select group -> body group-> ok (Để thiết kế đối tượng làm việc làm việc) 2.2.4 Lập trình điều khiển robot Để lập trình điều khiển robot mô ta dùng phương pháp lập trình kiểu dạy học Sau thiết kế hình dáng robot, công cụ gắn khâu chấp hành cuối, đối tượng làm việc khác ta lập trình để điều khiển robot mô Việc lập trình thực theo trình tự sau 20 Nhấp chuột vào nút lệnh số 10 (Show program window) để kích hoạt cửa sổ lập trình Chọn New để đặt tên cho File chương trình Chọn Append muốn bổ sung chương trình có đĩa PROGRAMFILE ! prgfln D:\Software\EarsyRob\proj\RKV_ct_huynh.prg PTP_AX -0.0000 -0.0000 -0.0000 -0.0000 PTP_AX -13.5000 -0.0000 -0.0000 -13.5000 PTP_AX -13.0000 -0.0000 0.1047 -13.0000 ERC GRAB BODY vat ERC LOAD TOOL AM_GRF_C.TOL PTP_AX -13.0000 -0.0000 0.1047 -13.0000 ! LIN 1.0000 0.0000 0.7500 180.0000 0.0000 0.0000 PTP_AX -13.0000 0.0000 0.0087 -13.0000 PTP_AX 20.0000 41.0000 0.0087 -13.0000 PTP_AX 74.5000 49.5000 0.0087 -13.0000 PTP_AX 74.0000 7.0000 0.0087 -13.0000 PTP_AX 83.5000 7.0000 0.0087 -13.0000 PTP_AX 83.5000 7.0000 0.0087 0.5000 PTP_AX 84.4999 7.0000 0.1047 2.0000 ERC RELEASE BODY vat ERC LOAD TOOL AM_GRF_O.TOL PTP_AX 84.4999 7.0000 0.1047 2.0000 ! LIN 0.0348 0.9975 0.6453 180.0000 0.0000 -89.4999 PTP_AX 84.4999 7.0000 0.1047 2.0000 PTP_AX 84.4999 7.0000 -0.0786 2.0000 PTP_AX 84.4999 -52.5000 -0.0786 2.0000 PTP_AX -37.5001 -52.5000 -0.0786 2.0000 PTP_AX -37.5001 8.5000 -0.0786 2.0000 PTP_AX 0.4999 8.5000 -0.0786 2.0000 Config 21 CHƯƠNGIII THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO TAY MÁY 3.1.GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN: 3.1.1 Tổng quan kỹ thuật vi điều khiển: 3.1.1.1 Khái quát chung vi điều khiển: Bộ vi điều khiển viết tắt Micro-controller, mạch tích hợp chip lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động hệ thống, theo chương trình điều khiển nạp sẵn bên chip 3.1.1.2 Lịch sử phát triển vi điều khiển: Bộ vi điều khiển thực loại vi xử lí tập hợp vi xử lý nói chung Bộ vi điều khiển phát triển từ vi xử lí, từ năm 1970 phát triển hoàn thiện công nghệ vi điện tử dựa kỹ thuật MOS (Metal-Oxide-Semiconductor), mức độ tích hợp linh kiện bán dẫn chip ngày cao 3.1.1.3 Cấu trúc bên vi điều khiển: IC vi điều khiển 8051/8031 thuộc họ MCS51 có đặt điểm sau : kbyte ROM (được lập trình nhà sản xuất có 8051) 128 byte RAM port I/0 bit Hai định thời 16 bits Giao tiếp nối tiếp 64KB không gian nhớ chương trình l 64 KB không gian nhớ liệu xử lí luận lí (thao tác bit đơn) 210 bit địa hóa Bộ nhân / chia µ s 22 INT\*1 Điều khiển ngắt C Tạ Po dao U độn g INT\*0 TIMER 128 Cá c byte ́tTIMER han Ra h1 ghi m PORT khác nối tiềp Điều khiển bus Các port I\O Ti mer Ti mer T T 2* * Port nối tiếp P0 P1 EA\ RST PSEN ALE Rom 4K8051 OK8031 P2 P3 TXD* RXD* Hình 3.1 Cấu trúc bên họ 8051 CPU(Central processing unit) phần chính của vi điều khiển 8051/8031: 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 ghi Con trỏ ngăn xếp Ngoài còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Bộ dao động: tạo tín hiệu giữ nhịp cho CPU Bộ điều khiển ngắt: xữ lý tín hiệu ngắt biến cố bên Timer 1,2: Hai định thời 16 bit hoạt động đếm Port 0, Port 1, Port 2, Port 3: giao tiếp với thiết bị ngoại vi Port nối tiếp: Giao tiếp với computer, ứng dụng mạng VĐK, thông qua cổng com máy tính Các ghi: dùng để lưu trử data trình xử lý 23 3.1.2.Chức chân vi điều khiển: 1 1 1 1 18 19 20 P P P P P P P P R 1 1 S T P P P P P P P P 3 3 3 3 V C C 40 U P P P P P P P P /R XD /T XD /IN T /IN T /T /T /W R /R D XTA L2 XTA L1 G N D 0 0 0 0 /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D E A /V P P 3 3 3 3 31 A L E /P R O G 29 P S E N P P P P P P 2 2 2 P P /A /A /A /A /A /A /A /A 2 2 2 2 A T89C 51 Vi điều khiển 8051 có 32 40 chân có chức cổng I/O, đoa 24 chân sử dụng với hai mục đích Nghĩa chức cổng I/O, chân có công dụng kép đường điều khiển Bus địa hay Bus liệu chân hoạt động cách độc lập để giao tiếp với thiết đơn bit công tắc, LED, transistor… Port0: port có chức chân từ 32 đến 39 MC 8051 Trong thiết kế cỡ nhỏ không dùng nhớ ngoài, P sử dụng cổng I/O Còn thiết kế lớn có yêu cầu số lượng đáng kể nhớ PO trở thành đường truyền liệu bit thấp bus địa Port1 : Port1 port I/O chuyên dụng chân 1-8 MC8051 Chúng sử dụng với múc đích giao tiếp với thiết bị cần thiết Port2 : Port2 cổng có công dụng kép chân 21 – 28 MC 8051 Ngoài chức I/O, chân dùng làm bit cao bus địa cho mô hình thiết kế có nhớ chương trình ROM nhớ liệu RAM có dung lượng lớn 256 byte Port3 : Port3 cổng có công dụng kép chân 10 – 17 MC 8051 Ngoài chức cổng I/O, chân kiêm nhiều chức khác liên quan đến nhiều tính đặc biệt MC 8051, mô tả bảng sau : 24 Bit Tên Chức chuyển đổi P3.0 RxD Nhận data cho port nối tiếp P3.1 TxD Xuất data cho port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt P3.3 INT1 Ngắt ngòai P3.4 T0 Ngỏ vào ngắt P3.5 T1 Ngỏ vào timer P3.6 WR Tín hiệu ghi nhớ P3.7 RD Tín hiệu đọc nhớ liệu PSEN (Program Store Enable ) : 8051 có tín hiệu điều khiển PSEN tín hiệu chân 29 Nó tín hiệu điều khiển phép truy xuất nhớ chương trình mở rộng thường nối đến chân OE (Output Enable) EPROM phép đọc byte mã lệnh chương trình Tín hiệu PSEN mức thấp suốt phạm vi trình lệnh PSEN mức thấp thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua bus chốt vào ghi lệnh 8051 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình ROM nội PSEN mức cao ALE (Address Latch Enable ) : ALE tín hiệu để chốt địa vào ghi bên đầu chu kỳ nhớ Sau đó, đường Port dùng để xuất nhập liệu sau chu kỳ chu kỳ nhớ 25 Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chip dùng nguồn xung nhịp cho hệ thống Nếu xung 8051 12MHz ALE có tần số 2MHz Chân làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM 8051 EA (External Access) : Tín hiệu vào EA chân 31 thường nối lên mức cao (+5V) mức thấp (GND) RST (Reset) Ngõ vào RST trên: chân ngõ reset 8051 Khi tín hiệu đưa lên mức cao (trong chu kỳ máy ), ghi 8051 đưa vào giá trị thích hợp để khởi động hệ thống OSC: Như thấy hình trên, 8051 có dao động chip Nó thường nối với thạch anh hai chân 18 19 Tần số thạch anh thông thường 12MHz POWER: 8051 vận hành với nguồn đơn +5V Vcc nối vào chân 40 Vss (GND) nối vào chân 20 3.1.3 Công tắc Reset: 8051 reset cách giữ chân RST mức cao chu kỳ máy trả múc thấp RST kích cấp điện dùng mạch R-C VC C _BAR R C 100 10U F RESET SW R 10K 26 3.2.Động bước : A B A',B',C',D' C D -Phương pháp điều khiển động bước Các cuộn dây cấp dòng theo vòng Mỗi vòng dây cấp động gọi quay bước A A' B B' t C C' t D D' t t -Hoạt động cuộn dây động bước: 27 Các cuộn dây ABCD nạp theo chu trình : “ABCD”= “1001”  “1100”  “0110”  “0011” Lúc động quay ngược chiều kim đồng hồ vòng Muốn động quay thuận chiều kim đồng hồ ta việc thay đổi ngược lại chu trình nạp 28 3.3Mạch vi điều khiển: * Hoạt động mạch sau: Các cổng Port dùng để làm công tác điều khiển,gắn LOGICTOGGLE để thay đổi tín hiệu vào,các chân có chức điều khiển: - P1.0 điều khiển đông quay thuận - P1.1 điều khiển động quay nghịch - P1.2 điều khiển dông quay thuận - P1.3 điều khiển đông quay nghịch - P1.4 điều khiển đông quay thuận - P1.5 điều khiển động quay nghịch Các cổng Port ,Port 2,Port dùng xuất tín hiệu điều khiển động bước 29 3.3.1 Cấu hình chip AT89C51 hoạt động: Một số đặc trưng: Như phân tích phần loại chip lại có số tiêu chuẩn định AT89C51 vậy: Áp cung cấp cho vi điều khiển hoạt động 5VDC Cổng P0 có cấu tạo đặc biệt bạn muốn P0 vừa làm nhiệm vụ nhận tín hiệu, vừa xuất data ta phải mắt thêm điện trở để cung cấp thêm dòng Bộ dao động: để thực chương trình, tìm nạp thi hành mã lệnh loại chíp có dao động riêng, nhà sản xuất qui định Xung dao động thường thạnh anh tạo nên, tinh thể thạch anh có tính chất tự tạo nên xung clock Một số loại chíp khác cung cấp xung clock mạch dao động bên ví dụ mạch dao động RC chẵn hạn Tần số cần thiết cho AT89C51 hoạt động 12Mhz, ta sử dụng thạnh anh dao động với tần số 11,0592Mhz, với lý để khắc phục sai số tần số chế độ truyền nối tiếp so với tốc độ Baud máy tính Các tụ giấy với giá trị 33PF để cách ly chống nhiễu cho xung clock Mạch reset: dùng để thiết lập lại trạng thái bang đầu cho AT89C51 Ta cần phải để ý chíp vi điều khiển điều để mở khã kết nối thêm nhớ data bên với ứng dụng mà lượng nhớ không vượt 4Kbyte điều không thực cần thiết Củng lý mà mà số chân chip vi điều khiển không sử dụng hết Ta cần quan tâm đến chân 31( EA ) Chân nối lên với nguồn 5VDC chương trình thực thi lệnh nhớ nội Nếu chân nối với GND thực thi chương trình nhớ Người thiết kế phải ý đến đặc điểm 3.4.Chương trình điều khiển: #include #include //#include sbit THUAN1 = P1^0; sbit NGHICH1 = P1^1; sbit THUAN2 = P1^2; sbit NGHICH2 = P1^3; sbit LEN = P1^4; sbit XUONG = P1^5; unsigned char M[] = {0x0e,0x0d,0x0b,0x07}; int i=0,j=0; // 30 void delay(){ unsigned int t,time=10; while(time ) for(t=0;t 3) i = 0; } i ; } // -void dc2_thuan(){ while(THUAN2){ delay(); P0 = M[j ]; if(j < 0) j = 3; } j++; } // void dc2_dao(){ while(NGHICH2){ delay(); P0 = M[j++]; 31 if(j > 3) j = 0; } j ; } // // void dc3_len(){ while(LEN){ delay(); P3 = M[i ]; if(i < 0) i = 3; } i++; } void dc3_xuong(){ while(XUONG){ delay(); P3 = M[i++]; if(i > 3) i = 0; } i ; } void main(){ P2 = P0 = 0; while(1){ dc1_thuan(); dc1_dao(); dc2_thuan(); dc2_dao(); dc3_len(); dc3_xuong(); } } 32