Luận văn Thiết kế mạch mô phỏng đo và hiển thị tốc độ động cơ ( có gắn sẵn encoder)

Header Page of 146 Lời nói đầu Ngày việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý ngày phát triển rộng rãi thâm nhập ngày nhiều vào lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội Với xu hướng tất yếu với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo, người ta tạo vi điều khiển có cấu trúc mạnh hơn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa so với vi điều khiển bit trước Với phát triển mạnh mẽ khoa học, đặc biệt ngành điện, điện tử, phát minh linh kiện điện tử ngày đáp ứng yêu cầu hệ thống Ưu điểm việc sử dụng linh kiện điện tử làm cho hệ thống linh hoạt đa dạng hơn, giá thành thấp độ xác cao Sau thời gian học tập tìm hiểu, chúng em làm quen với môn học vi xử lý đo lường hệ thống Để áp dụng lý thuyết với thực tế môn học chúng em nhận tập lớn :'' Thiết kế mạch mô đo hiển thị tốc độ động ( có gắn sẵn encoder)” Tuy nhiên kiến thức hạn chế, tài liệu tham khảo có giới hạn nên có sai sót Chúng em mong thầy, cô giáo thông cảm giúp đỡ chúng em hoàn thiện tập lớn Chúng em xin chân thành cảm ơn! Footer Page of 146 Header Page of 146 Chương 1: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ I GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Bộ vi điều khiển bit AT89S51 hoạt động tần số 12 MHz, với nhớ ROM 4kbyte, nhớ RAM 128 byte cư trú bên mở rộng nhớ Ở vi điều khiển có cổng bit (P0,P1,P2,P3) vào/ra chiều để giao tiếp với thiết bị ngoại vi Ngoài ra, có:  định thời 16 bit (Time Time 1)  Mạch giao tiếp nối tiếp  Bộ xử lý bit  Hệ thống điều khiển xử lý ngắt Footer Page of 146 Header Page of 146  Các kênh điều khiển/ liệu/ địa  CPU  Các ghi chức đặc biệt (SFR)  Chức chân tín hiệu sau:  P0.0 đến P0.7 chân cổng  P1.0 đến P1.7 chân cổng  P2.0 đến P2.7 chân cổng  P3.0 đến P3.7 chân cổng  RxD : nhận tín hiệu kiểu nối tiếp  TxD : truyền tín hiệu kiểu nối tiếp  INT0: ngắt  INT1: ngắt  T0: chân vào Timer/Counter  T1: chân vào Timer/Counter  Wr: ghi liệu vào nhớ  RST: chân vào Reset, tích cực mức logic cao khoảng chu kỳ máy  XTAL1: chân vào mạch khuếch đại dao động  XTAL2: chân từ mạch khuếch đại dao động  PSEN: chân cho phép đọc nhớ chương trình  ALE: chân tín hiệu cho phép chốt địa để truy cập nhớ ngoài, On – chip xuất byte thấp địa Nó dùng cho Timer cho mục đích tạo xung Clock  EA/Vpp: cho phép On – chip truy cập nhớ chương trình EA=0, EA=1 On-chip làm việc với nhớ chương trình nội trú Footer Page of 146 Header Page of 146  VCC : cung cấp nguồn cho On-chip  GND: nối mát  Các ghi chức đặc biệt khác: Các ghi chức đặc biệt ghi đảm nhiệm chức khác chíp Chúng nằm RAM bên chíp chiếm vùng không gian nhớ 128bytes định địa từ 80h đến Ffh  Thanh ghi tích lũy (ACC): ghi quan trọng chip, dùng để lưu trữ toán hạng kết phép tính Thanh ghi ACC dài bit, có địa E0h SFR  Thanh ghi B: ghi thường sử dụng thực phép toán nhân, chia Đối với lệnh khác, ghi B xem ghi đệm tạm thời Trong SFR ghi B dài bits có địa F0h  Con trỏ ngăn xếp: ghi dài bits, có địa SFR 81h, giá trị tăng tự động trước thực lệnh CALL, PUSH Ngăn xếp đặt nơi RAM chíp, sau khởi động lại ngăn xếp trỏ ngăn xếp mặc định trỏ tới địa khởi đầu 07h, ngăn xếp tạo 08h  Con trỏ liệu : ghi dài 16 bits, gồm hai dài bits hợp lại ghi byte cao DPH ghi byte thấp DPL Con trỏ liệu sử dụng ghi 16 bits Footer Page of 146 Header Page of 146 hai ghi bits độc lập Trong SFR ghi DPH có địa 83h, ghi DPL có địa 82h  Thanh ghi PSW: ghi dài bits, có địa SFR D0h Thanh ghi PSW dùng để chứa thông tin trạng thái chương trình Mỗi bit PSW đảm nhiệm chức cụ thể Thanh ghi phép truy cập dạng mức bit  Thanh ghi PCON : ghi điều khiển nguồn  Thanh ghi IE: ghi cho phép ngắt EA : EA=0 không cho phép ngắt hoạt động Nếu EA=1 nguồn ngắt riêng biệt phép không phép hoạt động cách đặt xóa bit Enable  ET2 : bit cho phép không cho phép ngắt Timer  ET1 : bit cho phép không cho phép ngắt tràn Timer  EX1 : bit cho phép không cho phép ngắt  ET0 : bit cho phép không cho phép ngắt tràn Timer  EX1 : bit cho phép không cho phép ngắt  Thanh ghi IP : ghi ưu tiên ngắt  Thanh ghi TCON: ghi điều khiển Timer/Counter  TF1: cờ tràn Timer1  TR1 : bit điều khiển Timer hoạt động  TF0 : cờ tràn Timer0  TR0 : bit điều khiển Timer hoạt động Footer Page of 146 Header Page of 146  IE1 : cờ ngắt  IE0 : cờ ngắt  Thanh ghi TMOD: Thanh ghi điều khiển Timer/Counter GATE:  Khi TRx thiết lập GATE = 1, Timer/Counter làm việc chân INTx mức cao  Khi GATE= 0, Timer/Counterx hoạt động TRx=1  C/T : bit cho phép chọn chức Timer hay Counter  M0,M1 : bit chọn Mode, để xác định trạng thái kiểu Timer/Counter  Thanh ghi SCON : ghi trạng thái điều khiển cổng nối tiếp Footer Page of 146 Header Page of 146 II GIỚI THIỆU VỀ ENCODER Nhìn hình ta thấy encoder gồm: tròn có khắc lỗ, Hệ thông LED phát thu  Cấu tạo encoder : Gồm phát ánh sáng ( led phát ), thu ánh sáng nhạy từ ánh sáng nhạy từ ánh sáng phát (bộ thu thường photodiotde phototransistor) hay đĩa quang gắn trục quay đặt phát thu, thông thường trục quay sẻ gắn với trục quay đối tượng cần đo tốc độ  Nguyên tắc hoạt động : Nguyên lý encoder : đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm tăng lên tính số Footer Page of 146 Header Page of 146 lần ánh sáng bị cắt Như encoder tạo tín hiệu xung vuông tín hiệu xung vuông cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số xung đầu phụ thuộc vào tốc độ quay tròn Ứng dụng encoder : toán đo tốc độ động cơ, máy CNC dùng để xác định khoảng dịch chuyển đối tượng thông thông qua đếm số vòng trục III GIỚI THIỆU VỀ LED ĐOẠN Led đoạn có cấu tạo bao gồm led đơn có dạng xếp theo hình có thêm led đơn hình tròn nhỏ thể dấu chấm tròn góc dưới, bên phải led đoạn led đơn led đoạn có Anode(cực +) Cathode(cực -) nối chung với vào điểm, đưa chân để kết nối với mạch điện cực lại led đơn đưa thành chân riêng, đưa để Footer Page of 146 Header Page of 146 kết nối với mạch điện Nếu led đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung nối với +Vcc, chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Nếu led đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung nối xuống Ground (hay Mass), chân lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt led đơn, led sáng tín hiệu đặt vào chân mức Phương pháp mã hóa led đoạn anode chung: muốn led sáng đặt nguồn vào anode cathode nối với mát Bảng giá trị: IV SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT Footer Page of 146 Header Page 10 of 146 Trong đó: DC – Động điện chiều E – Encoder Khi động quay, encoder làm việc, phát xung điều khiển 8051, sau xử lý thông tin, bô điều khiển gửi kết hình hiển thị led đoạn 10 Footer Page 10 of 146 Header Page 11 of 146 Chương XÂY DỰNG PHẦN CỨNG, LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN I THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG a Thiết kế phần cứng Để đo tốc độ ta dùng phương pháp đếm số xung khoảng thời gian đo ( t đ ) Như với phương pháp ta lựa chọn encorder để biến tốc độ thành dãy xung có tần số tỷ lệ với tốc độ quay động Tính toán kết đo: phương pháp đo đếm sô xung khoảng thời gian đo (tđ); số xung đếm thời gian đo Nx 11 Footer Page 11 of 146 Header Page 12 of 146 Ta đo tốc độ động chiều có gắn encoder 100 xung/vòng, ta chọn thời gian đo tđ = 0,6s để đảm bảo thông tin cập nhật cách tối ưu n : tốc độ động Nx.60 n = t l đ 60.Nx 60.Nx n = t 100 = 0,6.100 = Nx đ Trong : tđ thời gian lấy mẫu đo kết 0,6s 12 Footer Page 12 of 146 Header Page 13 of 146 b Sơ đồ mạch mô phỏng: Nguyên lí hoạt động: Khi động quay, encoder phát xung, xung gửi đến chân ngắt p3.4, từ xung điều khiển tính toán giá trị tốc độ động 13 Footer Page 13 of 146 Header Page 14 of 146 II LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 14 Footer Page 14 of 146 Header Page 15 of 146 III CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN #include xoaydata16: ORG 0000h clr c dem equ 55h mov a,bl chuky equ 57h rlc a bl equ 61h mov bl,a bh equ 69h mov a,bh hangchucdonvi equ 13h rlc a hangngantram equ 14h mov bh,a setb mov a,hangchucdonvi P1.0 doi_an_phim: JB P1.0, doi_an_phim rlc a ; Thoat mov hangchucdonvi,a P3.4 = mov a,hangngantram mov p0,#0c0h rlc a mov p2,#11111110b mov hangngantram,a quet equ p2 ret led7 equ p0 main: setb p3.4 clr tf0 jb p3.4,$ clr tr0 jnb p3.4,lucdau call hienthiled 15 Footer Page 15 of 146 Header Page 16 of 146 lucdau: mov tmod,#00010101b mov th0,#00h mov tl0,#00h mov bh,th0 mov bl,tl0 mov dem,#15 tuhextobcda: setb tr0 call xoaydata16 setb p3.4 mov a,hangchucdonvi mov dptr,#ma7doan anl a,#0fh lcall delay03s cjne a,#4,$+3 clr tf1 jc tuhextobcdb clr tr1 mov a,hangchucdonvi clr tr0 add a,#3 clr tf0 mov hangchucdonvi,a call tuhextobcd ;nhay neu nho hon tuhextobcdb: call giaima7doan mov a,hangchucdonvi sjmp main anl a,#0f0h ret cjne a,#50h,$+3 ; hex 16 bit to bcd jc tuhextobcdc tuhextobcd: mov a,hangchucdonvi mov hangchucdonvi,#00h add a,#30h mov hangngantram,#00h mov hangchucdonvi,a 16 Footer Page 16 of 146 Header Page 17 of 146 tuhextobcdc: mov a,hangngantram ;BCD sang ma led giaima7doan: anl a,#0fh mov a,hangchucdonvi cjne a,#5,$+3 anl a,#0fh jc tuhextobcdd movc a,@a+dptr mov a,hangngantram mov 27h,a add a,#3 mov a,hangchucdonvi mov hangngantram,a anl a,#0f0h tuhextobcdd: swap a mov a,hangngantram movc a,@a+dptr anl a,#0f0h mov 26h,a cjne a,#50h,$+3 mov a,hangngantram jc tuhextobcde anl a,#0fh mov a,hangngantram movc a,@a+dptr add a,#30h mov 25h,a mov hangngantram,a mov a,hangngantram tuhextobcde: anl a,#0f0h djnz dem,tuhextobcda swap a call xoaydata16 movc a,@a+dptr ret mov 24h,a 17 Footer Page 17 of 146 Header Page 18 of 146 ret mov tmod ,#00010101b hienthiled: mov th1,#03ch mov a,#01b mov tl1,#0b0h mov r0,#27h setb tr1 ht1: here: lcall hienthiled mov led7,@r0 jnb tf1,here mov quet,a clr tf1 mov quet,#00h djnz r6,lai1 dec r0 ret rl a ma7doan: cjne r0,#22h,ht1 db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h, ret delay06s: mov r6,#12 90h ret end lai1: 18 Footer Page 18 of 146 Header Page 19 of 146 KẾT LUẬN Chúng em thực mô thành công, nhiên thực làm mạch thật, lân đầu làm mạch thật, kĩ nên mạch nhiều sai xót Trong trình làm mạch thật chúng em rút đc nhiều kinh nghiệm kĩ cho làm việc theo nhóm, kĩ hàn mạch, rửa mạch in… Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giúp đỡ chúng em hoàn thành tập lớn môn học Kĩ Thuật Vi Xử Lý 19 Footer Page 19 of 146  ... LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN I THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG a Thiết kế phần cứng Để đo tốc độ ta dùng phương pháp đếm số xung khoảng thời gian đo ( t đ ) Như với phương... chọn encorder để biến tốc độ thành dãy xung có tần số tỷ lệ với tốc độ quay động Tính toán kết đo: phương pháp đo đếm sô xung khoảng thời gian đo (tđ); số xung đếm thời gian đo Nx 11 Footer Page... thuộc vào tốc độ quay tròn Ứng dụng encoder : toán đo tốc độ động cơ, máy CNC dùng để xác định khoảng dịch chuyển đối tượng thông thông qua đếm số vòng trục III GIỚI THIỆU VỀ LED ĐO N Led đo n có