Bài giảng Điều khiển bằng máy tính

LỜI NĨI ĐẦU Mơn học điều khiển máy tính môn học chuyên ngành dùng giảng dạy cho sinh viên năm cuối ngành Công nghệ kỹ thuật Điện, Điện tử, Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mơn học đề cập đến vấn đề ứng dụng máy tính (Máy tính cá nhân PC, máy tính công nghiệp, PLC) vào hệ thống điều khiển Xu hướng phát triển dùng điều khiển dựa vào máy tính (PC-based Control) với hệ điều hành mạnh, giao diện thân thiện, phần mềm dễ phát triển giá thành hợp lý Để học tốt môn học sinh viên cần phải học qua mơn: Cấu trúc máy tính giao diện, lý thuyết điều khiển tự động vi xử lý Bài giảng gồm phần: khái niệm chung, cấu trúc cổng giao tiếp máy tính, giao tiếp qua cổng song song, giao tiếp qua cổng nối tiếp giao tiếp qua cổng USB, Các chuẩn truyền thơng giao tiếp máy tính, lập trình cho máy tính điều khiển, card thu thập liệu điều khiển, lập trình giao tiếp nối tiếp, chuyển đổi liệu A/D D/A, điều khiển tuần tự, hệ thống điều khiển số mạng truyền thông công nghiệp Bài giảng tác giả đọc giảng dạy cho lớp ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa từ khóa đến khóa Q trình biên soạn giảng khơng tránh khỏi thiếu sót, nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn nhận xét góp ý thầy Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, bạn đồng nghiệp bạn đọc để giảng ngày hoàn thiện i Mục lục LỜI NÓI ĐẦU i CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Máy tính điều khiển trình 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.1.3 Hệ thống 1.1.4 Một số ứng dụng tiêu biểu hệ thống điều khiển máy tính 1.2 Điều khiển phân cấp tích hợp hệ thống 1.3 Điều khiển vòng hở điều khiển vịng kín 1.3.1 Điều khiển vòng hở: 1.3.2 Điều khiển vịng kín (Điều khiển hồi tiếp): 1.4 Các thành phần máy tính điều khiển 10 1.4.1 Hệ thống máy tính 11 1.4.2 Bản mạch (Mainboard): 13 1.4.3 Bộ xử lý trung tâm (CPU) 14 1.4.4 Bộ nhớ (Memory) 15 1.5 Câu hỏi tập chương 15 CHƯƠNG CẤU TRÚC NGOẠI VI GIAO TIẾP MÁY TÍNH 16 2.1 Giao tiếp qua rãnh cắm máy tính 18 2.1.1 Giao tiếp qua rãnh cắm ISA 18 2.1.2.Giao tiếp qua rãnh cắm PCI 23 2.1.3 Giao tiếp qua Bus AGP 28 2.1.4 Giao tiếp qua Bus PCI Express (PCIe) 30 2.2 Cổng giao tiếp song song 32 2.2.1.Giới thiệu cổng giao tiếp song song 32 2.2.2 Cấu trúc cổng song song 33 2.3 Cổng giao tiếp nối tiếp (COM) 37 2.3.1 Cấu trúc cổng nối tiếp (COM) 38 2.3.2 Mạch chuyển mức 41 2.4 Cấu trúc cổng nối tiếp USB 42 2.4.1 Khái quát chung 42 2.4.2 Cấu trúc cổng USB 43 2.5 Giao tiếp không dây 48 2.5.1 Giao tiếp bluetooth 48 2.5.2 Giao tiếp hồng ngoại 49 2.5.3 Giao tiếp qua mạng LAN Wifi 50 ii 2.6 Phương pháp chuyển đổi cổng USB sang UART 51 2.6.1 Mạch chuyển USB sang UART có chế độ chọn 3v3 5V dùng PL2303 51 2.6.2 Mạch chuyển từ USB sang UART dùng CP 2102 52 2.6.3 Mạch chuyển đổi USB sang UART dùng IC Atmega 53 2.6.4 Chuyển từ cổng USB Thành Cổng RS232 sử dụng cab chuyển đổi 55 2.7 Câu hỏi tập chương .57 CHƯƠNG CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 58 3.1 Chuẩn giao tiếp cổng song song 58 3.2 Giao tiếp PC với PC 62 3.2.1 Giao tiếp chế độ chuẩn 62 3.2.2 Chế độ mở rộng 63 3.2.3 Giao tiếp PC với thiết bị ngoại vi 64 3.3 Chuẩn kết nối ổ cứng 64 3.3.1 Chuẩn kết nối IDE (EIDE) 64 3.3.2 Chuẩn kết nối SATA (Serial ATA) 65 3.4 Chuẩn giao tiếp RS-232 67 3.4.1 Khái quát chung 67 3.4.2 Quá trình truyền liệu 69 3.4.3 Sơ đồ ghép nối RS232 70 3.5 Chuẩn RS 485 .71 3.6 Chuẩn giao tiếp USB (Universal Serial Bus) .75 3.6.1 Kết nối USB với máy tính 75 3.6.2 Truyền liệu USB .78 3.7 Chuẩn giao tiếp SPI 79 3.8 Chuẩn giao tiếp I2C (I²C) 80 3.9 Chuẩn giao tiếp không dây 82 3.10 Câu hỏi tập chương .83 CHƯƠNG LẬP TRÌNH GIAO TIẾP MÁY TÍNH 85 4.1 Lập trình giao tiếp cổng song song 85 4.1.1 Ghép nối hai máy tính cổng song song .85 4.1.2 Lập trình giao tiếp cổng song song với ngoại vi sử dụng Led đơn .86 4.1.3 Lập trình ghép nối cổng song song với điều khiển ĐC chiều 90 4.2 Lập trình giao tiếp qua cổng nối tiếp 91 4.2.1 Phương thức giao tiếp máy tính 91 4.2.2 Ngơn ngữ lập trình giao diện máy tính 92 4.2.3 Lập trình giao tiếp máy tính PC điều khiển thiết bị ngoại vi sử dụng phần mềm Visual tạo ứng dụng lập trình cho 8051 101 iii 4.2.4 Lập trình giao tiếp PC với Arduino dùng VB.NET cổng COM(USB) 111 4.2.5 Lập trình dùng Matlab 119 4.2.6 Lập trình dùng LABVIEW 129 Chức khối 133 4.3 Câu hỏi tập chương 146 12 Lập trình giao tiếp máy tính PC với Adruino điều khiển động chiều ứng dụng rô bốt 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 iv Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Mơ hình q trình vật lý tổng quát Hình 1.2 Hoạt động máy tính số .1 Hình 1.3 Máy tính điều khiển q trình Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống điều khiển máy tính Hình 1.5 Cấu trúc điều khiển phân cấp máy CNC Hình 1.6 Điều khiển phân cấp xí nghiệp Hình 1.7 Hệ thống điều khiển vịng hở Hình 1.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển (HTĐK) vòng kín Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy tính 10 Hình 1.10 Quá trình xử lý thơng tin máy tính 11 Hình 1.11 Các thành phần máy tính 12 Hình 1.12 Sơ đồ khối đơn giản mạch hệ vi tính PC 13 Hình 1.13 Cấu tạo chi tiết bo mạch chủ (Mainboard) 14 Hình 1.14 Một số loại CPU thông dụng 15 Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống bus có vi mạch DMA .17 Hình 2.2 Một số cổng giao tiếp với máy tính 18 Hình 2.3 Vị trí Bus ISA Mainboard .19 Hình 2.4 Vị trí Bus AGP 8x Mainboard 29 Hình 2.5 Phân loại Bus AGP theo băng thơng 29 Hình 2.6 Truyền liệu qua Switch PCI Express 31 Hình 2.7 Phương thức truyền liệu PCIe 31 Hình 2.8 Các tiêu chuẩn PCIe .32 Hình 2.9 Sơ đồ chân cổng song song 33 Hình 2.10 Sơ đồ kết nối bắt tay 35 Hình 2.11 Đồ thị đọc liệu 35 Hình 2.12 Giao tiếp song song hai chiều qua cổng SPP .36 Hình 1.13 Vào bit với 74LS157 37 Hình 2.14 Sơ đồ chân cổng nối tiếp 38 Hình 2.15 Sơ đồ trao đổi thông tin 40 Hình 2.16 Sắp xếp chân (a ) sơ đồ cấu trúc (b) vi mạch MAX232 41 Hình 2.18 Kiến trúc phân tầng USB 44 Hình 2.19 Cấu trúc chân cab USB .44 Hình 2.20 Các tín hiệu USB chuẩn 3.0 45 Hình 2.21 Các tín hiệu bên cáp USB 3.0 46 Hình 2.22 Vị trí tín hiệu chuẩn 3.0 cổng USB 46 Hình 2.23 Kiến trúc bus đôi (dual bus) USB 3.0 .47 v Hình 2.24 Sơ đồ mạch chuyển từ USB sang UART 51 Hình 2.25 Sơ đồ mạch chuyển từ USB sang UART dùng CP 2102 52 Hình 2.26 Sơ đồ mạch chuyển từ USB sang UART dùng IC mega8 53 Hình 2.27 Thiết lập chọn cổng COM 54 Hình 2.28 Thiết lập cài đặt 54 Hình 2.29 Cách nối cổng USB 55 Hình 2.30 Thiết lập cài đặt cho cab 56 Hình 2.31 Một số Card giao tiếp máy tính 57 Hình 3.1 Sơ đồ giao tiếp chế độ chuẩn 63 Hình 3.2 Chức chân giao tiếp chế độ chuẩn 63 Hình 3.3 Sơ đồ giao tiếp chức chân chế độ mở rộng 63 Hình 3.4 Sơ đồ Card giao tiếp thiết bị ngoại vi với máy tính 64 Hình 3.5 Cáp PATA ổ HDD chuẩn PATA 65 Hình 3.6 Cáp Serial ATA 66 Hình 3.7 Cáp chuẩn Serial ATA chuẩn parallel EIDE 67 Hình 3.8 Định dạng ký tự truyền theo chuẩn RS-232 68 Hình 3.9 Mạch giao tiếp chuẩn RS232 dùng Max232 70 Hình 3.10 Mạch giao tiếp chuẩn RS232 dùng DS275 71 Hình 3.12 Nguyên lý giao tiếp RS-485 72 Hình 3.13 Các thu phát 73 Hình 3.14 Bộ chuyển đổi sử dụng vi mạch đổi mức điện áp 73 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lí khối phát với chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 74 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lí khối thu với chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 74 Hình 3.17 Cấu trúc giao thức USB 76 Hình 3.18 Cấu trúc giao thức chuẩn SPI 79 Hình 3.19 Đồ thị chế độ hoạt động chuẩn SPI 80 Hình 3.20 Sơ đồ kết nối chuẩn I2C 82 Hình 4.1 Mạch điều khiển led đơn 86 Hình 4.2 Mạch điều khiển động chiều 90 Hình 4.3 Sơ đồ giao tiếp PC với PC 91 Hình 4.4 Sơ đồ giao tiếp PC với thiết bị ngoại vi 92 Hình 4.5 Khai báo Import Actix X 96 Hình 4.6 Thiết lập thông số cổng COM 97 Hình 4.7 Thiết lập thuộc tính MSComm 98 Hình 4.8 Sơ đồ giao tiếp máy tính qua cổng truyền thông nối tiếp với VĐK 8051 102 Hình 4.9 Khởi động Visual Basic thiết lập thơng số 102 Hình 4.10 Tạo giao diện Visual Basic 104 vi Hình 4.11 Ứng dụng chạy WINDOW 106 Hình 4.12 Thiết lập giao diện dùng Visual Basic 108 Hình 4.13 Ứng dụng chạy Window .110 Hình 4.14 Board arduino .111 Hình 4.15 Cấu tạo Arduino 112 Hình 4.16 Chương trình Blink LED 115 Hình 4.17 Giao diện chương trình nhận liệu VB NET 116 Hình 4.18 Chương trình RS232 Communication 122 Hình 4.19 Cửa sổ GUIDE Quick Start Matlab 123 Hình 4.20 Giao diện GUI Matlab .124 Hình 4.21 Giao diện tạo nút bấm .125 Hình 4.22 Thay đổi thuộc tính 126 Hình 4.23 Giao diện chọn hàm callbacks 127 Hình 4.24 Kiểm tra kết Matlab 128 Hình 4.25 Cửa số Getting Started LabVIEW .132 Hình 4.26 Cửa sổ Front Panel Block Diagram .136 Hình 27 Các kiểu liệu LabVIEW 138 Hình 4.28 Giao diện bảng điều khiển 138 Hình 4.29 Sơ đồ lập trình LabView 139 Hình 4.30 Chức khối lệnh sử dụng .139 vii Danh mục bảng biểu Bảng 2.1 Sơ đồ chân rãnh cắm ISA mainboard máy IBMPC – XT,AT 21 Bảng 2.2 Các địa vào máy vi tính IBMPC - AT 22 Bảng 2.3 Cho vị trí tín hiệu slot 25 Bảng 2.4 Sơ đồ chân rãnh cắm PCI 64 bit 25 Bảng 2.5 Lệnh PCI (từ C/BE#) 27 Bảng 2.6 Sơ đồ chân ý nghĩa chân cổng SPP 34 Bảng 2.7 Bảng tín hiệu cổng COM chuẩn RS-232C: 39 Bảng 3.1 Bảng sơ đồ chân giao tiếp liệu chuẩn SATA 66 viii CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Máy tính điều khiển trình 1.1.1 Khái niệm Ngày việc sử dụng máy tính nói riêng vi xử lý nói chung dây chuyền sản xuất đại yêu cầu bắt buộc để tăng suất chất lượng sản phẩm Trong sản phẩm dân dụng việc sử dụng vi xử lý góp phần tăng tính thơng minh sản phẩm tạo tiện lợi cho người sử dụng Để mô tả cụ thể máy tính điều khiển q trình, cần định nghĩa trình Quá trình vật lý (a physical process) tổ hợp tác vụ thực thi để tác động lên, thay đổi, điều giới thực Sự chuyển động, phản ứng hóa học truyền nhiệt q trình Sản phẩm (materials) lượng (energy) thành phần hiển nhiên q trình vật lí Mơi trường Nhiễu Sản phẩm vào Sản phẩm Quá trình vật lí Năng lượng vào Năng lượng Thơng tin Thơng tin vào Hình 1.1 Mơ hình q trình vật lý tổng quát Máy tính số thiết bị quan trọng xử lí thơng tin (Hình 1.2) tác động lên thông tin liên quan đến trình (Hình 1.3) Thơng tin vào Máy tính số Thơng tin Hình 1.2 Hoạt động máy tính số Vi xử lý sử dụng điều khiển đo lường ba dạng: - Máy tính điều khiển (Máy vi tính-MVT) - Vi xử lý điều khiển nhúng (còn gọi vi điều khiển-VĐK), nghĩa vi điều khiển phận không tách rời thiết bị điều khiển - Bộ điều khiển logic lập trình PLC Cả ba dạng thiết kế dựa sở hoạt động vi xử lý với chức xử lý thông tin theo sơ đồ hình 1.3 Mơi trường Nhiễu Sản phẩm vào Sản phẩm Q trình vật lí Năng lượng vào Năng lượng Tín hiệu đo lường Và điều khiển Thiết bị nhập (bàn phím) Máy tính Thiết bị xuất (Màn hình) Hình 1.3 Máy tính điều khiển q trình 1.1.2 Lịch sử phát triển Một ứng dụng máy tính điều khiển q trình vào năm 1959; liên quan đến số chức nhà máy hóa dầu Port Arthur, Texas(UAS) Cơng trình kết hợp công ty Thomson ramo Woolridge Texaco RW300, máy tính dùng đèn điện tử, kiểm sốt dòng chảy, nhiệt độ, áp suất phân tử nhà máy lọc (hóa dầu) Máy tính tính tốn tín hiệu điều khiển mong muốn dựa liệu vào thay đổi điểm đặt hiệu chỉnh analog thị người vận hành điều khiển thực tay - Nhấn nút Next hay Finish để cấu hình chi tiết cho dự án, bao gồm cách lưu dự án Sau bạn hoàn thành việc cấu hình dự án, LabVIEW lưu dự án mở cửa sổ Project Explorer - Sử dụng cửa sổ Project Explorer để chỉnh sửa dự án Tham khảo ghi block diagram VI dự án mẫu để biết thêm thông tin cách chỉnh sửa dự án Tham khảo thêm thư mục Project Documentation cửa sổ Project Explorer để biết thêm thông tin cách chỉnh sửa dự án Các công cụ liên quan đến dự án Sử dụng nút công cụ Standard, Project, Build, Source Control để thực hoạt động dự án LabVIEW Các cơng cụ có sẵn cửa sổ Project Explorer Bạn cần phải mở rộng cửa sổ Project Explorer để xem tất cơng cụ Chức khối Hình 4.29 Cửa số khối a Khối INIT Hình 4.30 Khối INIT 133 Ta thấy khối Init có nhiều chân song để thiết lập cho việc kết nối ta quan tâm tới vài chân.Cụ thể là: - Chân VISA resource chân thiết lập cổng COM để giao tiếp LabVIEW Arduino - Chân Baud Rate chân thiết lập tốc độ baud Tốc độ baud 115200 Arduino Uno, 9600 dòng Arduino khác - Chân Board Type chân để chọn loại Arduino để làm việc Có loại Arduino hỗ trợ là: Uno,Mega 2560 Dimuelanove/Atmega 328 - Chân Connection Type chân lựa chọn kiểu kết nối: qua USB,XBEE Bluetooth - Chân Arduino Resource để kết nối với khối khác Cách thiết lập chân số lưu ý nhỏ nối khối Một khối chia làm dãy chân liệu Các chân nằm bên trái khối chân đưa liệu vào thiết lập ban đầu tín hiệu Các chân bên phải chân đưa liệu thành phần tín hiệu tách qua khối Để thiết lập chân khối ta làm sau: - Đưa trỏ chuột tới chân cần thiết lập cho trỏ chuột trở thành Wiring tool (hoặc dùng Tool Palette) - Click Chuột phải, sau trỏ chuột vào Create chọn kiểu thiết lập Có kiểu thiết lập: Constant(hằng số), Control(điều khiển), Indicator(hiển thị) tùy vào mục đích để lựa chọn phù hợp - Chân Arduino Resource khối nối với chân Arduino Resource khối khác - Chân error out khối trước nối với error in khối liền sau - Đối với khối lại ta thiết lập tương tự 134 b Khối CLOSE Hình 4.31 Khối INIT Là khối để dóng chương trình giao tiếp với Arduino.Và gồm chân Arduino Resource, error in, error out c Khối Low Level Hình 4.32 Khối Low Level Bao gồm khối để đọc, ghi tín hiệu analog digital từ board Arduino Ngồi cịn có khối phục vụ việc băm xung, bus 135 d Khối SENSORS Hình 4.33 Khối Sensor Bao gồm khối VI sensor thường dùng như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, LCD, led thanh, led nhiều màu Ngồi khối kể trên, gói Arduino cịn có thêm khối Example gồm ví dụ thiết kế sẵn khối Utility Từ ta tạo chương trình ban đầu (Blank VI), tạo project trống (ấn vào Empty Project), tạo chương trình theo mãu (VI from Template), nhiều lựa chọn khác Ta mở chương trình có sẵn (Browse) Chương trình LabVIEW: VI Virtual Instruments Chương trình LabVIEW VI, Virtual Instruments: Thiết bị ảo Để tạo chương trình mới, ta ấn vào nút Blank VI LabVIEW cửa sổ: Front Panel Block Diagram Hình 4.34 Cửa sổ Front Panel Block Diagram 136 Đó thành phần LabVIEW Front Panel (từ gọi FP) giao diện chương trình với người dùng Tại lưu trữ: • Các biến điều khiển như: nút bấm (Button), gạt (Slide), Núm vặn (Knob), TextBox để nhập chuỗi ký tự… gọi chung biến điều khiển, nơi người dùng điều chỉnh giá trị biến tương tác trực tiếp với chương trình • Các Biến hiển thị: Đồng hồ (Meter), Đồ thị (Chart), Biểu đồ (Graph), đèn báo (LED), hình ảnh (Picture) hay hình ảnh 3D (3D picture)…gọi chung biến hiển thị, nơi người dung quan sát thay đổi biến cách trực quan • Các biến điều khiển biến hiển thị khơng có phân biệt rõ ràng LabVIEW, ngồi hướng tương tác với người dùng với máy tính Trong LabVIEW coi loại biến biến, lập trình để thay đổi trực tiếp • Mỗi tạo Biến Điều khiển Hiển thị Front Panel (FP), biểu tượng (Icon) xuất tương ứng Block Diagram (BD) Kích đúp vào Biến FP, Icon tương ứng BD tự động biểu • Mũi tên đánh dấu nút RUN, dùng để bắt đầu chạy chương trình Khi nút RUN bị gãy, tức chương trình có lỗi (Error), khơng chạy Block Diagram (DB) : Là nơi chương trình LabVIEW lập trình, chứa nội dung (code) chương trình • Tương tự Simulink Matlab, việc lập trình DB cách nối biến với với khối biểu diễn phép toán giống dây thiết bị điện • Trên Block Diagram biểu diễn vịng lặp, Cấu trúc lập trình, thuật tốn • Khi chương trình VI chạy Block Diagram khơng hiển thị giao diện tương tác với người dùng • Có thể chạy chế độ Debug Block Diagram cách ấn vào biểu tượng Bóng đèn BD (Highlight Execution) Các dòng liệu biểu diễn chạy để biểu thị thay đổi chi tiết biến chương trình • Để tạo chương trình sáng sủa, gọn gàng nhằm đơn giản hóa việc kiểm tra, kiểm sốt chương trình, chương trình LabVIEW thơng thường lập trình theo trình tự: Từ xuống dưới, trái sang phải c Tạo project LabVIEW Để tạo Project LabVIEW, ta ấn vào Empty Project Trong viết tiếp làm việc cách tạo Empty VI, việc tạo Project chưa thực cần thiết d Các kiểu liệu LabVIEW 137 Trong LabVIEW có nhiều kiểu biến: Biến số (Numeric), Biến ký tự (String), Biến Mảng, Biến Cluster, Biến Logic (Boolean)… Hình 35 Các kiểu liệu LabVIEW Mỗi biến phân biệt màu Block Diagram Ví dụ: • Kiểu Numeric dạng Float (số 64 bit dấu phảy động) kiểu biến có dải giá trị lớn nhất, với độ xác cao tốn nhiều dung lượng chương trình nhất, biểu diện màu vàng da cam • Các kiểu Numeric Integer: Int8, Int16, Int32, Int64 (số nguyên 8, 16, 32, 64 bit) U8, U16, U32, U64 (số nguyên không dấu 8,16,32,64 bit) biểu diễn màu xanh da trời • String: Chuỗi ký tự, biểu diễn màu hồng • Boolean : Kiểu Logic, kiểu biến cho nút bấm, đèn led giá trị logic khác, biểu diễn màu xanh Một số ví dụ lập trình LabView: Ví dụ 1: Viết chương trình LabView theo yêu cầu: Khi chương trình chạy, switch điều khiển (phần mềm phần cứng) chọn phần mềm chương trình điều khiển thơng qua switch (ngừng chạy), switch gạt qua chế độ chạy led chạy sáng dần LabView phần cứng Khi switch điều khiển chọn phần cứng switch khơng hoạt động Khi nhấn Stop chương trình ngừng đèn tắt Trước tiên thiết lập bảng điều khiển sau: Hình 4.36 Giao diện bảng điều khiển 138 Thiết lập cửa sổ lập trình LabView Hình 4.37 Sơ đồ lập trình LabView Chức khối lệnh sử dụng: Hình 4.38 Chức khối lệnh sử dụng 139 Ví dụ 2: Viết chương trình cảnh báo trạng thái biến đầu vào, biến lớn giá trị đặt, đèn Led nhấp nháy, khơng đèn Led khơng sáng Chương trình sau: Hình 4.39 Sơ đồ chương trình điều kiện đầu vào True Đây chương trình điều kiện đầu vào lớn giá trị đặt (10) thỏa mãn, ta thực phép đảo giá trị Led (nhấp nháy Led Alarm) sau vòng lặp Còn chương trình điều kiện đầu vào False: Hình 4.40 Sơ đồ chương trình điều kiện đầu vào False Ta thiết lập đầu vào Case dạng khác Boolean, ví dụ: • Dạng string: bạn ý đặt đầu vào String, ta phải ý nhập xác tên điều kiện dấu ngoặc kép, không LabVIEW coi trường hợp khác • Dạng enum: enum kiểu số Integer đại diện tên định Sử dụng kiểu Enum ta gặp phải khả bị nhầm tên sử dụng String, nữa, sử dụng Enum giảm bớt đáng kể dung lượng nhớ sử dụng Ví dụ 3: • Cho đầu vào số nguyên X đèn Led • Nếu X=0 đèn Led tắt 140 • Nếu X=1 Led nháy với chu kỳ 100ms • Nếu X=2 Led nháy với chu kỳ 200ms • Các trường hợp khác Led sáng Bài tốn ví dụ việc đầu vào Case số Chương trình với trường hợp đầu vào lập trình sau: Hình 4.41 Sơ đồ chương trình với trường hợp đầu vào Chú ý: • Để tạo thêm case mới, ta click phải vào cạnh Case structure, chọn "Add case after" "Add case before" 141 • Default Case trường hợp X giá trị điều kiện, giá trị chưa nêu điều kiện Ví dụ toán này, Default case phải hoặc số khác 0,1,2 • Thường mặc định ban đầu X=0 "Default case", muốn "default case" 3, ta tạo Case X=3, click chuột phải vào Case structure, chọn "Make this the default case" Enum: Enum chất tập hợp số thông thường, số đại diện tên riêng Để tạo Enum Front panel, ta chọn: Modern >> Ring & Enum >> Enum Biểu tượng Block Diagram Front Panel Enum sau Để tạo thêm phần tử Enum, ta click phải vào biểu tượng, chọn Properties >> Edit Items Hình 4.42 Tạo thêm phần tử Enum Ta thêm phần tử với tên tương ứng sau hình Như ta tạo phần tử với tên: "So 0" tương ứng với 0; "So 1" tương ứng với 1; "So 2" tương ứng với 2; Ta thêm phần tử cuối "So lai" tương ứng với Sau ta thay Enum vừa tạo cho số X ví dụ Case Structure trên, ta thấy Case structure tự nhận tập hợp số Enum vừa tạo tên trường hợp 142 Hình 4.42 Nhập phần tử Enum Sau này, ta thấy Enum sử dụng thơng dụng tốn sử dụng Case, đặc biệt tốn sử dụng Ví dụ 3: Lập trình hiển thị đèn giao thơng với đầu vào trạng thái đèn Trong toán ta sử dụng Enum, case structure để lập trình hệ thống đèn giao thơng Với trạng thái đèn: Green, Red, Yellow Bước 1: Trước tiên ta tạo đèn Xanh, đỏ, vàng Ta tạo đèn Led Hiện đèn có màu Xanh Để đổi màu đèn, ta kích chuột phải vào Led tạo, chọn Properties >> Appearance, kích chuột trái vào màu đèn ON/OFF chọn màu tùy ý Kết ta đèn với màu sau: Bước 2: Tạo Enum với Items: Red, Yellow, Green đại diện cho trạng thái đèn giao thông Bước 3: Tạo Case structure lập trình cho đèn Ở gọn chương trình ta sử dụng Constant array để lưu trạng thái đèn cho trường hợp 143 Hình 4.43 Sơ đồ cấu trúc cho đèn Chạy chương trình, thay đổi Enum STATE, ta thấy đèn giao thông hiển thị trạng thái định trước Bước 4: Lập trình chuyển đổi trạng thái Trong bước ta sử dụng phương pháp gọi "State Machine" hay máy trạng thái để biểu diễn chuyển đổi hệ đèn giao thông theo dự kiến: Red >> Green >> Yellow >> Red Ở đây, việc xuất tín hiệu cho hệ đèn, ta cịn phải quy định Trạng thái (tức giá trị Enum) cho đèn vịng lặp sau Vì ta cần sử dụng đến Shift Register Ngoài trường hợp quy định thời gian delay trạng thái, ví dụ: Đèn Đỏ chờ 8s, đèn Vàng chờ 3s, đèn Xanh chờ 5s Lập trình sau: 144 Hình 4.44 Sơ đồ chương trình với đèn Kết hiển thị: Hình 4.45 Kết hiển thị Đây ví dụ đơn giản phương pháp lập trình gọi State Machine Phương pháp cịn có biến thể ưu việt mà tơi nói Bài khác Có thể tóm tắt bước phương pháp sau: • Xác định trạng thái hệ thống • Vẽ sơ đồ trạng thái (Sơ đồ chuyển trạng thái, điều kiện chuyển trạng thái) 145 • Lập trình cho trạng thái, quy định: Chương trình hoạt động nào, trạng thái 4.3 Câu hỏi tập chương Viết chương trình tạo xung vng góc chân D2 cổng song song Viết chương trình điều khiển đèn giao thông dùng cổng LPT1(địa 378h) Thanh ghi điều khiển: Viết chương trình điều khiển đèn nháy dùng cổng LPT1 Bao gồm chương trình sau: Sáng dần, tắt dần, điểm sáng chạy, điểm tối chạy, sáng từ ra, sáng từ bên vào, tắt từ ra, tắt từ bên vào, điểm sáng tối xen kẽ… Trình bày phương pháp ghép nối hai máy tính cổng máy in Trình bày chế độ chuẩn cổng máy in: SPP, EPP ECP Nghiên cứu ghép 8255 với cổng máy in để tăng số ngõ logic Trình bày card chuyển đổi kênh 12 bit dùng cổng máy in : phần cứng chương trình điều khiển Viết chương trình điều khiển led ma trận dùng PC ghép nối 8051 qua cổng LPT Viết chương trình điều khiển nhiệt độ dùng máy tính PC giao tiếp qua cổng LPT (chế độ ECP) 10 Viết chương trình hợp ngữ 8051 Visual Basic 6.0 để giao tiếp điều khiển led đơn P0 nối led, P1 nối nút nhấn - Viết chương trình hợp ngữ 8051 : Đèn sáng dần, sáng dồn , sáng tắt - Chương trình Visual Basic 6.0 tạo giao diện điều khiển 11 Phương thứclập trình giao tiếp nối tiếp DOS 12 Lập trình giao tiếp nối tiếp dùng Delphi Visual C++6.0/Borland C++ Builder 5.0 12 Lập trình giao tiếp máy tính PC với Adruino điều khiển động chiều ứng dụng rô bốt 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Thành, “Đo lường điều khiển máy tính”, NXB ĐHQG Tp [2] HCM,2002 2005(lần 2) Ngô Diên Tập, “Đo lường điều khiển máy tính”, NXB KHKT, Hà nội, [3] 1999 Nguyễn Mạnh Giang, “Kỹ thuật ghép nối máy vi tính”, NXB GD, tập 1: 1998, tập 2-2006 [4] Trần Hiếu, Lê Anh tuấn “Cấu trúc máy tính giao diện” Tập giảng Trường ĐH SPKT Nam Định [5] Phạm Xuân Bách, Trần Văn Hạnh, “Giáo trình thực hành vi xử lý”, Trường ĐH SPKT Nam Định [6] [7] Serial port complete, Jan Axelson Gustaf Olsson and Gianguido Piani, “Computer systems for automation and control”, Hall ,1992 [8] K.J.Astrom,B.J Wittenmark, “Computer-Controlled Systems - Theory and Design, Prentice Hall”, 3rd ed., 1997 [9] Gene F Franklin, J David Powell, Michael L Workman, “Digital Control of Dynamic Systems”, 2nd ed., Addison-Wesley, 1990 147 ... thống điều khiển máy tính Thuật tốn điều khiển: PID, đặt cực, tối ưu tuyến tính dạng tồn phương (LQ) Các thí dụ hệ thống điều khiển máy tính: - Điều khiển vị trí - Điều khiển tốc độ - Điều khiển. .. dụng điều khiển đo lường ba dạng: - Máy tính điều khiển (Máy vi tính- MVT) - Vi xử lý điều khiển nhúng (còn gọi vi điều khiển- VĐK), nghĩa vi điều khiển phận không tách rời thiết bị điều khiển. .. thuật khí nén hay điện tử ln điều khiển dựa vào máy tính Điều khiển số với thuật toán PID Máy điều khiển số NC điều khiển số máy tính CNC phát triển Hệ thống điều khiển số phát triển, phần cứng