Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch đo tốc độ quay động cơ trên cơ sở sử dụng module dl3155m33 và vi điều khiển 8051

621.3815 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ QUAY ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG MODULE DL3155M33 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 GV hướng dẫn SV thực Lớp Khóa học : : : : ThS Phạm Mạnh Toàn Lương Xuân Thọ 51K1 - ĐTVT 2010 - 2015 NGHỆ AN - 01/2015 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 Chương TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 12 1.1 Khái quát vi điều khiển 12 1.1.1 Kiến trúc vi điều khiển 12 1.1.2 Tập lệnh 12 1.1.3 Chức 13 Các vi điều khiển 13 1.2.1 Các vi điều khiển xử lý nhúng 13 1.2.2 Định nghĩa vi xử lý 13 1.2.3 Các vi điều khiển cho hệ thống nhúng 14 1.2.4 Các ứng dụng nhúng PC86 16 1.2.5 Lựa chọn vi điều khiển 16 1.3 Tìm hiểu chung họ 8051 16 1.3.1 Cấu trúc bus 16 1.3.2 Bộ nhớ chương trình 17 1.3.3 Bộ nhớ liệu 17 1.4 Họ vi điều khiển 8051 17 1.4.1 Tóm tắt lịch sử 8051 17 1.4.2 Đặc tính vi điều khiển 8051 18 1.4.3 Sơ đồ khối chung họ vi điều khiển 8051 19 1.4.4 Thành viên họ vi điều khiển 8051 19 1.5 Các họ vi điều khiển khác 23 1.5.1 Họ vi điều khiển AMCC 23 1.5.2 Họ vi điều khiển Cypress MicroSystems 23 1.5.3 Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor 23 1.5.4 Họ vi điều khiển Fujitsu 24 1.5.5 Họ vi điều khiển Intel 24 1.5.6 Họ vi điều khiển Microchip 25 Chương TÌM HIỂU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 89S52 31 2.1 Giới thiệu chương 31 2.2 Sơ đồ khối, sơ đồ chân vi điều khiển 89S52 31 2.2.1 Giới thiệu sơ lược 31 2.2.2 Cấu hình 89S52 31 2.2.3 Sơ đồ khối 89S52 32 2.2.4 Sơ đồ chân 89S52 33 2.2.5 Chức chân AT89S52 33 2.3 Tổ chức nhớ bên 89S52 36 2.4 Kết nối vi điều khiển với số thiết bị ngoại vi đơn giản 42 2.4.1 VĐK giao tiếp led đơn phím nhấn 42 2.4.2 Kết nối VĐK với Rơle 42 2.4.3 Kết nối VĐK với LCD 43 2.4.4 Kết nối VĐK với ma trận led 43 2.4.5 Kết nối VĐK với máy tính chẩn giao tiếp RS232 44 Chương CẢM BIẾN QUANG ENCODER VÀ MODULE DL3155M33 49 3.1 Giới thiệu chương 49 3.2 Tổng quan cảm biến quang Encoder 49 3.2.1 Giới thiệu chung 49 3.2.2 Encoder tuyệt đối 50 3.2.3 Encoder xung 53 3.2.4 Ứng dụng encoder 54 3.3 Module DL3155M33 56 3.3.1 Khối điều chế độ rộng xung PWM 56 3.3.2 Khối cảm biến chuẩn 58 3.3.3 Khối encoder 58 Chương THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ 60 4.1 Giới thiệu chương 60 4.2 Xây dựng mạch đo tốc độ quay động 60 4.2.1 Nguyên tắc đo tốc độ quay động 60 4.2.2 Sơ đồ khối hoạt động 61 4.2.3 Sơ đồ thuật toán 63 4.2.4 Mô 63 4.2.5 Giao diện 64 4.2.6 Sơ đồ nguyên lý 65 4.2.7 Thực mạch thật 65 4.2.8 Kết mô đo thử nghiệm 66 4.3 Kết thảo luận 67 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC PHỤ LỤC LỜI CẢM ƠN Lời cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông giảng dạy cho em suốt khóa học, tạo điều kiện thuận lợi để chúng em học tập, làm việc sáng tạo Trong suốt trình học tập trường, thầy cô dạy cho em kỹ tốt để em hồn thành đồ án Em xin cảm ơn ThS Phạm Mạnh Toàn hướng dẫn nội dung phương pháp, giúp em hoàn thành đồ án tiến độ Do thời gian thực đồ án cịn nhiều thiếu sót nên mong góp ý q thầy MỞ ĐẦU Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm độ xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng lại điều phức tạp Các vi điều khiển theo thời gian với phát triển công nghệ bán dẫn tiến triển nhanh, từ vi điều khiển bit đơn giản đến vi điều khiển 32 bit, đến 64 bit Điện tử trở thành nghành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng từ lĩnh vực công – nông – lâm- ngư nghiệp nhu cầu cần thiết hoạt động đời sống ngày Một ứng dụng thiết thực ứng dụng đo hiển thị tốc độ động Đây ứng dụng quan trọng áp dụng nhiều lĩnh vực dây chuyền sản xuất Tốc độ động hiển thị hình máy tính, từ giám sát tốc độ động để có định điều khiển cho phù hợp với yêu cầu Đó lý em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch đo tốc độ quay động sở sử dụng Module DL3155M33 vi điều khiển 8051” Mục đích đề tài sử dụng thiết bị sẵn có phịng thí nghiệm để xây dựng mạch đo tốc độ quay động hiển thị tốc độ lên hình máy tính Kết xây dựng mạch thật với sai số 1% Nghệ An, tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực Lương Xuân Thọ TĨM TẮT ĐỒ ÁN DL3155M33 mơ-đun sử dụng phịng thí nghiệm đo lường thuộc khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Vinh Mô-đun gồm khối khối điều chế độ rộng xung PWM, khối cảm biến chuẩn khối encoder Đồ án nghiên cứu xây dựng thành công mạch đo tốc độ quay động sở phát triển ứng dụng module DL3155M33 vi điều khiển 89S52 thuộc họ 8051 Kết thu được sử dụng để học tập nghiên cứu khoa học cho sinh viên Khoa Điện tử - Viễn thông ABSTRACT DL3155M33 is a module of laboratory measurements of the department of Electronics and Telecommunications, Vinh University This module consist of of blocks which is the pulse width modulator PWM, encoder block and sensor standard block This thesis investigated and installed the circuits of engine speed measurement based on the development applications of DL3155M33 module and 89S52 microcontroller in 8051 family microcontroller The obtained results can be used to learning and scientific research for students department of Electronics and Telecommunications DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CPU Central Processing Unit Bộ xử lí trung tâm MCU Micro Control Unit Vi điều khiển RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên ROM Read Only Memory Bộ nhớ đọc VĐK ADC Vi điều khiển Bộ chuyển đổi số - tương tự Analog digital convers Vi xử lý VXL TV Television Ti vi GPS Global Positioning System Hệ thống định vị tồn cầu PC Personal Computer Máy tính cá nhân CMOS Complementary Metal-Oxide- Công nghệ dùng để chế tạo vi mạch Semiconductor tích hợp DAC Digital analog convers Bộ chuyển đổi tương tự - số PIC Programable Intelligent Máy tính thơng minh khả trình Computer PWM Khối điều chế độ rộng xung Pulse width modulator DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Bố trí bên sơ đồ khối 8051 19 Hình 1.2 Kiến trúc Havard kiến trúc Von-Neuman 25 Hình 1.3 Cơ chế pipelining 27 Hình 2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển AT89S52 32 Hình 2.2 Sơ đồ chân AT89S52 33 Hình 2.3 Sơ đồ Port 34 Hình 2.4 Sơ đồ Port 34 Hình 2.5 Sơ đồ Port 34 Hình 2.6 Mạch reset 36 Hình 2.7 Mạch dao động 36 Hình 2.8 Bản đồ nhớ Data bên Chip 89S52 37 Hình 2.9 Thanh ghi cho phép ngắt IE 40 Hình 2.10 VĐK giao tiếp led đơn phím nhấn 42 Hình 2.11 VĐK giao tiếp rơle-5V 43 Hình 2.12 VĐK giao tiếp phím nhấn LCD 43 Hình 2.13 VĐK giao tiếp với ma trận led 44 Hình 2.14 Các linh kiện để ghép nối 45 Hình 2.15 Mạch giao tiếp 47 Hình 2.16 VĐK giao tiếp với máy tính 48 Hình 3.1 Cấu tạo encoder quay quang 49 Hình 3.2 Encoder tuyệt đối 50 Hình 3.3 Mã Gray 52 Hình 3.4 Encoder loại kênh 54 Hình 3.5 Encoder kênh 54 Hình 3.6 Encoder đơn kênh kết hợp với tính hiệu điều khiển 54 Hình 3.7 Giải mã trực tiếp tín hiệu 55 Hình 3.8 Mạch Encoder xung ghép nối với máy tính 55 Hình 3.9 Encoder kết nối với vi điều khiển 56 Hình 3.10 Thiết lập khối PWM 57 Hình 3.11 Điện áp 57 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối khối cảm biến chuẩn 58 Hình 4.1 Lấy mẫu xung 60 Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống đo tốc độ động 61 Hình 4.3 Khối nguồn 61 Hình 4.4 Khối vi điều khiển 62 Hình 4.5 Khối giao tiếp máy tính 62 Hình 4.6 Sơ đồ thuật tốn 63 Hình 4.7 Sơ đồ mạch mô 64 Hình 4.8 Giao diện 64 Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý 65 Hình 4.10 Mạch hồn thiện 65 Hình 4.11 Tần số đo 66 10 ... giám sát tốc độ động để có định điều khiển cho phù hợp với yêu cầu Đó lý em lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch đo tốc độ quay động sở sử dụng Module DL3155M33 vi điều khiển 8051? ??... encoder Đồ án nghiên cứu xây dựng thành công mạch đo tốc độ quay động sở phát triển ứng dụng module DL3155M33 vi điều khiển 89S52 thuộc họ 8051 Kết thu được sử dụng để học tập nghiên cứu khoa học... THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ 60 4.1 Giới thiệu chương 60 4.2 Xây dựng mạch đo tốc độ quay động 60 4.2.1 Nguyên tắc đo tốc độ quay động 60 4.2.2 Sơ đồ khối hoạt động