3.3.1 Vi mạch Max 232
3.3.1.1 Giới thiệu
- Hoạt động ở nguồn dự trữ 5V với các tụ nạp 1mF - Hỗ trợ tốc độ truyền lên đến 120kbit/s
- Dòng chuẩn thấp 8mA
Hình 3.6. Sơ đồ cấu tạo của bộ đếm (COUNTER)
Hình 3.8. Vi mạch Max232
- Chế độ điều khiển truyền nhận kép
- Ứng dụng trong TIA/EIA-232-F, các hệ thống cấp nguồn, các thiết bị đầu cuối, các modem, và máy tính.
Vi mạch Max232 là một bộ điều khiển truyền nhận kép. Chức năng của Max232 là chuyển đổi tín hiệu từ chuẩn TTL sang chuẩn CMOS và ngược lại để phù hợp với giao tiếp cổng COM máy tính. Các thông số kỹ thuật của Max232 tra theo bảng DatasheetMax232 ở phần phụ lục tham khảo.
3.3.1.2 Sơ đồ mắc nối
- C1, C2, C3, C4, C5: Các tụ hoá cỡ 0.1mF dùng để tạo xung âm. - COM: Cổng truyền nối tiếp trong máy tính (DB25 hoặc DB9).
3.3.2 Bộ giao tiếp máy tính theo chuẩn RS–232
Tín hiệu trong cổng nối tiếp được truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations). Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10mA đến 20mA. Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch. Nối với các chân Rx, Tx của vi điều khiển + 5 V C C + 5 V C C 1 2 1 2 1 2 1 2 M A X 2 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 C O M 12 3 1 2 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5
Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000Baud nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200Baud.
Các phương thức nối giữa DTE và DCE:
- Đơn công (simplex connection): dữ liệu chỉ được truyền theo một hướng. - Bán song công ( half-duplex): dữ liệu truyền theo hai hướng, nhưng mỗi thời điểm chỉ được truyền theo một hướng.
- Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo hai hướng. Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232 như sau:
Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V). Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường truyền. Dạng tín hiệu truyền mô tả như hình 3.10 sau (truyền ký tự A):
Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như bảng 3.1 sau:
Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P Stop
0 1
Hình 3.10. Tín hiệu truyền của kí tự “A” "A"
Bảng 3.1. Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232
Chiều dài cable cực đại 15m Tốc độ dữ liệu cực đại 20Kbps Điện áp ngõ ra cực đại ±25V Điện áp ngõ ra có tải ±5V đến ±15V Trở kháng tải 3K đến 7K Điện áp ngõ vào ± 15V Độ nhạy ngõ vào ± 3V Trở kháng ngõ vào 3K đến 7K
Các tốc độ truyền dữ liệu thông dụng trong cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps, 9600 bps và 19200 bps.
Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) và đầu nối DB9 (9 chân). Ý nghĩa của các chân mô tả như bảng 3.2 sau:
Bảng 3.2. Chức năng các chân của các đầu nối DB25 và DB9
Hình 3.11. Sơ đồ chân của các cổng truyền nối tiếp theo chuẩn RS232
DB25 DB9 Tín hiệu Hướng truyền Mô tả (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1 - - - Protected ground: Nối đất bảo vệ
2 3 TxD DTE->DCE Transmitted data: Dữ liệu truyền 3 2 RxD DCE->DTE Received data: Dữ liệu nhận 4 7 RTS DTE -> DCE Request to send: DTE yêu cầu
truyền dữ liệu
5 8 CTS DCE->DTE Clear to send: DCE sẵn sàng nhận dữ liệu
6 6 DSR DCE->DTE Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc
7 5 GND - Ground: Nối đất (0V)
8 1 DCD DCE->DTE Data carier detect: DCE phát hiện sóng mang
20 4 DTR DTE->DCE Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc
22 9 RI DCE->DTE Ring indicator: Báo chuông 23 - DSRD DCE->DTE Data signal rate detector: Dò tốc
độ truyền.
Bảng 3.2 (tiếp theo). Chức năng các chân của các đầu nối DB25 và DB9
DB25 DB9 Tín hiệu Hướng truyền Mô tả
24 - TSET DTE->DCE Transmit Signal Element Timing: Tín hiệu định thời truyền đi từ DTE
15 - TSET DCE->DTE Transmitter Signal Element Timing: Tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dữ liệu
17 - RSET DCE->DTE Receiver Signal Element Timing: Tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dữ liệu
18 - LL Local Loopback: Kiểm tra cổng
21 - RL DCE->DTE Remote Loopback: Tạo ra bởi DCE khi tín hiệu nhận từ DCE lỗi
14 - STxD DTE->DCE Secondary Transmitted Data 16 - SRxD DCE->DTE Secondary Received Data 19 - SRTS DTE->DCE Secondary Request To Send 13 - SCTS DCE->DTE Secondary Clear To Send
12 - SDSRD DCE->DTE Secondary Received Line Signal Detector
25 - TM Test Mode
9 - Dành riêng cho chế độ test
10 - Dành riêng cho chế độ test
Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát và thu giống nhau. Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt.
3.4 Vi mạch L298
−Điện áp cấp lên đến 46V
−Tổng dòng DC chịu đựng lên đến 4A
−Điện áp bão hòa
−Chức năng bảo vệ quá nhiệt
−Điện áp logic ‘0’ từ 1.5V trở xuống
3.4.1 Giới thiệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
IC (integrated circuit) L298 là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân (multiwatt 15) và PowerSO20 (linh kiện dán công suất). Là IC mạch cầu đôi (dual full-bridge) có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao. Nó được thiết kế tương thích chuẩn TTL và lái tải cảm kháng như relay, cuộn solenoid, động cơ DC và động cơ bước. Nó có 2 chân enable (cho phép) để cho phép/không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào. Cực phát (emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu được nối với nhau và nối ra chân ngoài để nối với điện trở cảm ứng dòng khi cần.
Nó có thêm một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể hoạt động ở điện thể
Hình 3.13. các kiểu đóng vỏ của L298
thấp hơn.
Để tăng dòng tải người ta mắc song song các mạch cầu H với nhau như sơ đồ ở hình 3.14 sau:
Giải thích:
−Trong sơ đồ ở hình 3.14 nói trên, ta sử dụng hai vi mạch L298 để mắc song song. Như vậy ở đây dòng tải sẽ là: (2A×4).
−Các chân đầu vào 5,7 và các chân đầu ra của mỗivi mạch L298 được nối song song với nhau. Các chân 1,15 và 8 của mỗi con L298 được nối với nhau và nối xuong đất.
Hình 3.14. Sơ đồ mắc song song hai mạch cầu H để tăng dòng tải + 5 V C C + 5 V C C + 2 4 V C C + 2 4 V C C + 5 V C C + 2 4 V C C + 5 V C C J 2 M O T O R 1 2 R 8 1 0 k D 1 1 n 4 0 0 7 D 2 1 n 4 0 0 7 C 2 10 3 D 3 1 n 4 0 0 7 D 4 1 n 4 0 0 7 D 5 1 n 4 0 0 7 D 6 1 n 4 0 0 7 C 3 10 3 J 1 C O N 3 1 2 3 L2 9 8 /M U LT IH 4 5 7 9 1 0 1 2 2 3 1 3 1 4 1 1 5 6 1 1 V S I N 1 I N 2 V S S I N 3 I N 4 O U T 1 O U T 2 O U T 3 O U T 4 I S E N A I S E N B E N A E N B L2 9 8 /M U LT IH 4 5 7 9 1 0 1 2 2 3 1 3 1 4 1 1 5 6 1 1 V S I N 1 I N 2 V S S I N 3 I N 4 O U T 1 O U T 2 O U T 3 O U T 4 I S E N A I S E N B E N A E N B R 9 1 0 k
−Các diode D1, D2, D3, D4, D5, D6 bảo vệ chân L298, các điện trở, các chân cấp nguồn được sử dung như đối với mạch dùng một vi mạch L298.
3.4.2 Các giá trị định mức
Bảng 3.3. Các giá trị đặc trưng của L298
Ký hiệu Đặc trưng Giá trị Đơn vị
Vs Nguồn cung cấp 50 V
Vss Điện thế cấp cho mạch Logic 7 V
Vl, Ven Điện thế vào cho phép -0.3 đến 7 V l0 Dòng ra cực đại (mỗi kênh)
- Không lặp lại (t = 100µs) - Lặp lại (80%mở - 20% ngắt, tmở=10ms) - Dòng hoạt động một chiều 3 2.5 2 A A A
Vsens Điện thế cảm biến -1 đến 2.3 V
Ptot Tổng năng lượng suy hao (Tvỏ = 750C) 25 W Top Nhiệt độ mặt tiép giáp hoạt động -25 đến 130 0C Tstg, Tj Nhiệt độ bộ tích trữ và mặt tiếp giáp -40 đến 150 0C
3.4.4 Chức năng các chân
Bảng 3.4. Mô tả chức năng các chân của L298
MW.15 PowerSO Tên Chức năng
1;15 2;19 Sense A; Sense B Nối chân này qua điện trở cảm ứng dòng xuống GND để điều khiển dòng tải
2;3 4 4;5 6 Out 1;Out 2 VS
Ngõ ra của cầu A. Dòng của tải mắc giữa hai chân này được qui định bởi chân 1. Châncấp nguồn cho tầng công suất. Cần có một tụ điện không cảm kháng 100nF nối giữa chân này và chân GND
5;7 7;9 Input 1; Input 2 Chân ngõ vào của cầu A, tương thích chuẩn TTL
6;11 8;14 Enable A; EnableB Chân ngõ vào enable (cho phép) tương thích chuẩn TTL. Mức thấp ở chân này sẽ cấm(disable) ngõ ra cầu A (đối với chân EnableA) và/hoặc cầu B (đối với chân EnableB)
8 1,10,11,20 GND Chân đất (Ground)
Bảng 3.4 (tiếp theo). Mô tả chức năng các chân của L298 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
9 12 VSS Chân cấp nguồn cho khối logic. Cần có tụ điện 100nF nối giữa chân này với GND
10; 12 13;15 Input 3; Input 4 Các chân logic ngõ vào của cầu B 13; 14 16;17 Out 3; Out 4 Ngõ ra của cầu B.
Dòng của tải mắc giữa hai chân này được qui định bởi chân 15.
- 3;18 N.C Không kết nối (bỏ
3.5 Vi điều khiển PSoC
3.5.1 Giới thiệu
PSoC là một từ viết tắt của cụm từ tiếng anh Programmable System On Chip, nghĩa là hệ thống khả trình trên một chíp. Các chíp chế tạo theo công nghệ PSoC cho phép thay đổi được cấu hình bằng cách gán chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chíp. Hơn nữa nó có thể kết nối tương đối mềm dẻo các khối chức năng với nhau hoặc giữa các khối chức năng với các cổng vào ra. Chính vì vậy mà PSoC có thể thay thế cho nhiều chức năng nền cho một hệ thống cơ bản chỉ bằng một chíp đơn. Thành phần của chíp PSoC bao gồm các khối ngoại vi số và tương tự có thể cấu hình được, một bộ vi xử lý 8 bit, bộ nhớ chương trình (EEROM) có thể lập trình được và bộ nhớ Ram khá lớn. Để lập trình hệ thống, người sử dụng được cung cấp một phần mềm lập trình, ví dụ như cho các chíp PSoC của Cypress người lập trình phải có phần mềm PSoC Designer. Ngoài ra để cài được chương trình điều khiển vào chíp thì người lập trình phải có một kit phát triển do hãng chế tạo chíp cung cấp (hoặc một bộ nạp). Phần mền thiết kế được xây dựng trên cơ sở hướng đối tượng với cấu trúc module hoá. Mỗi một khối chức năng là một module mềm. Việc lập cấu hình cho chíp như thế nào là tuỳ thuộc vào người lập trình thông qua một thư viện chuẩn. Người lập trình thiết lập cấu hình trên chíp chỉ đơn giản bằng cách muốn chíp có chức năng gì thì kéo chức năng đó và thả vào khối tài nguyên số hoặc tương tự, hoặc cả hai tuỳ theo chức năng (phương pháp lập trình kéo thả). Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt là gì, chân vào ra hoạt động ở chế độ như thế nào đều phụ thuộc vào việc thiết lập của người lập trình khi thiết kế và lập trình cho PSoC. Với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ này, một thiết bị đo lường có thể được gói gọn trên một chíp đơn duy nhất. Chính vì lý do đó, hãng Cypress MicroSystems đã không gọi sản phẩm của mình là vi điều khiển (µC) như truyền thống, mà gọi là
“Thiết Bị PSoC” (PSoc device), và họ hi vọng rằng, với khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ, người sử dụng sẽ có được những thiết bị điều khiển, những thiết bị đó có giá rẻ,
kích thước nhỏ gọn, và sản phẩm PSoC của họ sẽ thay thế được các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã có từ trước đến nay.
Chíp PSoC (CY8C27xxx) cung cấp: *Bộ vi xử lý với cấu trúc Harvard. - Tốc độ của bộ vi xử lý lên đến 24MHz.
- Lệnh nhân 8 bit x 8 bit, thanh ghi tích luỹ là 32 bit. - Hoạt động ở tốc độ cao mà năng lượng tiêu hao ít. - Dải điện áp hoạt động ở tốc độ cao từ 3.0 đến 5.25V.
- Điện áp hoạt động có thể giảm xuống 1V sử dụng chế độ kích điện áp. - Hoạt động trong dải nhiệt độ từ -40oc đến 85oc.
*Các khối ngoại vi có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp.
12 khối ngoại vi tương tự được thiết lập để làm các nhiệm vụ : + Các bộ ADC lên tới 14 bit.
+ Các bộ DAC lên tới 9 bit.
+ Các bộ khuếch đại có thể lập trình được hệ số khuếch đại. + Các bộ lọc và các bộ so sánh có thể lập trình được.
*8 khối ngoại vi có thể được thiết lập để làm nhiệm vụ:
- Các bộ định thời đa chức năng, đếm sự kiện, đồng hồ thời gian thực, bộ điều chế độ rộng xung có và không có dải an toàn (deadband).
- Các module kiểm tra lỗi (CRC modunles).
- Hai bộ truyền thông nối tiếp không đồng bộ hai chiều.
- Các bộ truyền thông SPI Master hoặc Slave có thể cấu hình được.
- Có thể kết nối với tất cả các chân vào ra. *Bộ nhớ linh hoạt trên chíp.
- Không gian bộ nhớ chương trình Flash từ 4K đến 16K, phụ thuộc vào từng loại chíp với chu kỳ ghi xoá cho bộ nhớ là 50.000 lần.
- Không gian bộ nhớ Ram là 256byte.
- Chíp có thể lập trình thông qua chuẩn nối tiếp (ISP). - Bộ nhớ Flash có thể được cung cấp từng phần. - Chế độ bảo mật đa năng tin cậy.
- Có thể tạo được không gian bộ nhớ Flash trên chíp lên tới 2.304 byte. *Có thể lập trình được cấu hình cho từng chân của chíp.
- Các chân vào ra ba trạng thái sử dụng Trigger Schmitt.
- Đầu ra logic có thể cung cấp dòng 25mA với điện trở treo cao hoặc thấp bên trong.
- Thay đổi được ngắt trên từng chân.
- Đường ra tương tự có thể cung cấp dòng tới 40mA. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đường ra đa chức năng có thể từ 6 đến 44 tuỳ thuộc vào từng loại chíp. *Xung nhịp của chíp có thể lập trình được.
- Bộ tạo xung dao động 24/48MHz ở bên trong(Độ chính xác là 2,5% không cần thiết bị ngoài).
- Có thể lựa chọn bộ dao động ngoài lên tới 24MHz. - Bộ tạo dao động thạch anh 32,768KHz bên trong.
- Bộ tạo dao động tốc độ thấp bên trong sử dụng cho Watchdog và Sleep. *Ngoại vi được thiết lập sẵn.
- Bộ định thời Watchdog và Sleep phục vụ chế độ an toàn và chế độ nghỉ. - Module truyền thông I2C Master và I2C Slave tốc độ lên tới 400KHz.
- Module phát hiện điện áp thấp được cấu hình bởi người sử dụng.
3.5.2 Xây dựng bộ điều khiển PID cho động cơ một chiều bằng PsoC
3.5.2.1 Bộ đếm xung từ bộ lập mã quang để xác định vận tốc motor
Gồm hai bộ Counter1 và Counter2, với các thông số được thiết lập bằng cách sử dụng Devide Editor.
Hình 3.17. Xây dựng Bộ đếm xung trong PSoC từ bộ lập mã quang
Bảng 3.5. Sơ đồ chân của hai bộ counter1 và counter2 trên PSoC
Name Port Select Drive interrupt
C12 2[0] GlobalInEven0 HighZ DisableInt E12 2[1] GlobalInEven1 HighZ DisableInt
Như bảng 3.5 ta có chân vào của bộ counter1 và counter2 tương ứng là chân số 8 (port 2[0]) và chân 20 (port 2[1]) trên PSoC.
3.5.2.2 Bộ điều chế độ rộng xung (PWM) điều khiển tốc độ motor
Gồm hai bộ PWM để điều khiển động cơ quay theo chiều thuận và chiều