Tài liệu ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA ĐỘNG CƠ XĂNG pdf

Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Độc lập-Tự do- Hạnh phúc

------------

------------

ĐỒ ÁN :
TÍCH HỢP MỨC 2

Khóa học :

2011-2013

Ngành học :

Điện – Điện tử

Lớp :

ĐTK9LC2

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VỊNG TUA
ĐỘNG CƠ XĂNG

Nhóm sinh viên thực hiện: Tường Duy Đường
Đỗ Đức Hạnh
Hoàng Văn Hiếu
Giảng viên hướng dẫn:

Nguyễn Thành Long

Hưng Yên ngày tháng 11 năm 2012

1


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA
ĐỘNG CƠ XĂNG

I-Số liệu cho trước:
- Dùng cảm biến điện trường BF245A, BF 245B, 2N3458, để thu tín hiệu
- Dải tần số từ 50 HZ- 60 HZ
- Đo và tốc độ vòng tua động cơ xăng ứng dụng trong sửa chữa ô tô xe máy
II-Nội dung cần hồn thành:
• Báo cáo về tiến độ thực hiện các cơng việc theo từng tuần.
• Thuyết minh đề tài: ( Phân tích u cầu, trình bày các phương pháp thực hiện,
cơ sở lý thuyết, quá trình thực hiện đồ án,…)

• Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho tồn bộ mạch đầy đủ chính xác.
• Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định khi làm việc của sản phẩm.
• Sản phẩm cịn phải đảm bảo tính mỹ quan mà vẫn đảm bảo tính kỹ thuật đáp
ứng được u cầu của giáo viên hướng dẫn.
• Trình bày được hướng phát trển của đề tài.

Ngày giao đề tài:
Ngày hoàn thành :

2


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNGDẪN
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
...............................................................................................................................
................................................................................................................................
..............................................................................................................................
................................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
..............................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
...............................................................................................................................
................................................................................................................................
...............................................................................................................................
................................................................................................................................
...............................................................................................................................
..............................................................................................................................
...............................................................................................................................

3


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu về đề tài
1.1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài.
Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật thì một số
các hệ thống điều khiển đã dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên
tiến như vi điều khiển, PLC … được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển thì các
hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp, ít chính xác đã

được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình
đã được thiết lập trước.
Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp, các gara sửa chữa hiện nay,
việc đo tốc đọ vòng tua động cơ xăng yêu cầu phải rất chính xác để có thể sửa

4


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
chữa được những hư hỏng . Qua đó có những xử lý kịp thời tránh được những
hư hỏng có thể xảy ra.
Đối với vấn đề đo tốc đọ vòng tua trong các hệ thống máy và ô tô trong công
nghiệp hiện nay luôn yêu cầu cần độ chính xác và thời gian đáp ứng , xử lý
nhanh nhất bởi vậy trung tâm của chương trình điều khiển thường là những vi
điều khiển .
Để đáp ứng được yêu cầu đo tốc độ vòng tua động cơ xăng tự động theo yêu
cầu thì có rất nhiều phương pháp để thực hiện, qua quá trình học và nghiên cứu
về IC 89051 và JFET BF245A, BF245B, 2N3458, 2N3459…… có ứng dụng
rất tớt và việc đo tốc đọ vịng tua , như yêu cầu của đề tài và muốn hệ thống
chính xác đạt được hiệu quả nhanh nhất thì cần phải có bộ xử lý tín hiệu tốt.
Được sự đờng ý của khoa Điện - Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Hưng Yên.
Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu và thiết kế đo tốc độ
vòng tua động cơ xăng hiển thị trên LCD.
Các hệ thống điều khiển khi thiết kế đều yêu cầu thỏa mãn chất lượng đặt ra,các
chỉ tiêu chất lượng phải tốt nhất theo một nghĩa nào đó. Trong trường hợp tổng

quát, các chỉ tiêu tối ưu của một hệ thống điều khiển thường được gọi là tiêu
chuẩn tối ưu, các tiêu chuẩn tối ưu đó là:
+ Thời gian hiệu chỉnh ngắn nhất.
+ Tốc độ điều chỉnh nhanh nhất.
+ Cấu trúc nhỏ nhất.
+ Năng lượng tiêu thụ trong hệ thống ít nhất.
Việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động luôn là chỉ tiêu quan tâm
đầu tiên của các nhà thiết kế.
1.1.2 Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là đo tốc độ vòng tua động cơ xăng : Trong
thực tế về cuộc sống và trong công nghiệp , trong sửa chữa cần đo tốc đọ vòng
tua của động cơ xăng để bảo dưỡng và sửa chữa những hư hỏng trong động cơ
1.1.3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu.
5


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
Nội dung chính của đồ án đề cập đến những vấn đề chính sau:
- Cảm biến điện trường JFET BF245A, BF245B
- LCD
- AT89xx051
- Tổng quan lý thuyết lập trình C
- Khảo sát và mơ phỏng
1.1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu.
+ Thiết kế khối cảm biến thu tín hiệu điện trường
+ Nghiên cứu về đối tượng điều khiển .

+ Viết chương trình điều khiển.
+ Nghiên cứu lý thuyết lập trình C
+ Xây dựng được sơ đồ, thuật tốn và chương trình.
1.1.5 Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật tốn điều khiển.
- Dùng mơ phỏng để kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu lý thuyết.
- Dùng thực nghiệm để khẳng định kết quả nghiên cứu.
- Sơ đồ và chức năng của các khối
- Nhiệm vụ từng khối:
- Khối CPU: Đây là khối trung tâm của hệ thống. Nó bao gồm AT89C2051 .
Khối này làm nhiệm vụ trung tâm điều hành mọi hoạt động của hệ thống.
- Khối cảm biến: đo tín hiệu điện trường từ bugi đánh lửa để thu tín hiệu đưa
vào IC555 để sửa dạng xung đưa vào khối Vi Xử Lý
- Khối LCD (hiển thị): Màn hình tinh thể lỏng 16*2 (16 ký tự và 2 dịng). Cho
phép hiển thị các thơng số cần thiết. Hiển thị mã ASCII . LCD tạo ra sự tiện lợi,
thuận tiện cho người sử dụng.

6


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG
1.2.1 Cấu tạo động cơ xăng:

hình 1.1 cấu tạo động cơ xăng
1.2.2 Nắp máy

- Là nơi để gá đặt các chi tiết,cụm chi tiết, bố trí các hệ thống phụ trợl nắp máy
dùng để bảo vệ động cơ,
1.2.3 Bugi

Hình 1.2 cấu tạo bugi
- Bugi dùng để cung cấp tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí tạo nên sự cháy trong
động cơ. Bugi cần phải đánh lửa đúng thời điểm để hiệu suất của kỳ nổ đạt cao
nhất.

7


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
1.2.4 Piston

hình 1.3 cấu tạo piston
- Piston có dạng hình trụ được chế tạo bằng kim loại và chuyển động lên xuống
trong xi-lanh
1.2.5 Thanh truyền (tay biên)và hộp trục khuỷu (các-te)

hình 1.4 cấu tạo thanh truyền và trục khuỷu
- Thanh truyền dùng để nối piston với trục khuỷu của động cơ. Chúng chuyển
động vừa quay vừa tịnh tiến để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston
thành chuyển động quay của trục khuỷu
- Hộp trục khuỷu bao quanh trục khuỷu và dùng để chứa dầu bôi trơn.
1.2.6 Hệ thống phân phối khí (hệ thống nạp, thải)

8


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
Hình 1.5 hệ thống phân phối khí
- Hệ thống phân phối khí gồm các xu-páp và một hệ cơ khí điều khiển chúng
đóng mở đúng thời điểm. Hệ thống đóng, mở được gọi là trục cam. Trục cam có
các vấu cam đẩy các xu-páp lên và xuống.
- Đa số các động cơ hiện đại sử dụng trục cam đặt trên nắp máy, tức là trục cam
được đặt trên các xu-páp, Các vấu cam trên trục cam tác động trực tiếp lên các
xu-páp hoặc thông qua một vật liên kết ngắn. Các động cơ cổ điển sử dụng loại
trục cam đặt phía dưới gần trục khuỷu. Các thanh nối (còn gọi là đũa đẩy) sẽ
truyền lực nâng của vấu cam đến các xu-páp qua các đòn bẩy (còn gọi là “dàn
cò”)
1.2.7 Hệ thống nhiên liệu
- Hệ thống nhiên liệu bơm nhiên liệu từ thùng và trộn chúng với khơng khí để
tạo điều kiện cháy tốt nhất trong lòng xilanh. Hệ thống nhiên liệu được chia
thành 3 loại: Chế hịa khí, phun nhiên liệu gián tiếp và phun nhiên liệu trực tiếp

Hình 1.6 Hệ thống nhiên liệu
- Hệ thống chế hịa khí có tác dụng hịa trộn khơng khí với nhiên liệu ngay khi
khơng khí được hút vào trong xilanh.
- Trong động cơ phun xăng, một lượng nhiên liệu phù hợp nhất được phun trực
tiếp vào trong xilanh của động cơ (direct fuel injection) hoặc phun vào đường
ống nạp chung (port fuel injection).

1.2.8 Hệ thống điện
- Hệ thống điện gồm có nguồn điện (ắc quy) và máy phát điện. Máy phát điện
dẫn động bằng dây đai và sinh ra điện năng để nạp cho ắc quy. Nguồn điện 12
vơn của ắc quy sẽ cung cấp cho tồn bộ hệ thống điện như hệ thống đánh lửa,
radio, đèn pha, bộ rửa kính điện, hệ thống đóng cửa điện,... nhờ hệ thống dây
điện của xe.

9


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
1.2.9 Hệ thống đánh lửa

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa
- Hệ thống đánh lửa có tác dụng sinh ra nguồn điện cao áp và đưa đến nến điện
sinh ra tia lửa đốt cháy nhiên liệu. Bộ chia điện có một đường dây cao áp nối
vào trung tâm (cịn gọi là dây cao áp chính) và có 4, 6 hoặc 8 dây cao áp nối với
các bugi (gọi là dây cao áp con, số dây cao áp con phụ thuộc vào số xilanh của
động cơ). Bộ chia điện sẽ phân phối cho mỗi xilanh nhận được nguồn điện cao
áp một lần trong một chu trình vào đúng thời điểm thích hợp của kỳ nén để q
trình cháy hồn hảo nhất, động cơ sẽ hoạt động hiệu quả và êm dịu nhất.
1.2.10 Hệ thống nạp và khởi động

Hình 1.8 Hệ thống nạp và khởi động
- Đa số các động cơ sử dụng hệ thống nạp bình thường (tức là hút khí tự nhiên
nhờ độ chênh áp giữa áp suất của khơng khí bên ngồi và độ chân khơng trong

xilanh).
- Hệ thống khởi động gồm có một động cơ điện và một cuộn dây khởi động từ.
Khi bạn bật khoá điện khởi động, động cơ điện làm quay trục khuỷu động cơ
vài vòng để tạo nên quá trình nén, nổ. Động cơ khởi động cần phải thắng được
những sức cản sau:
10


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
- Toàn bộ lực ma sát của động cơ
- Lực nén của xilanh động cơ (đối với xilanh nào đó đang ở q trình nén)
- Phần năng lượng để trục cam đóng và mở xu-páp
- Tất cả những hệ thống phụ khác như bơm nước làm mát, bơm dầu, máy phát
điện,...
Vì nguồn điện từ ắc quy của xe chỉ là 12 V trong đó cơng suất của động cơ điện
lại phải rất lớn để thắng được những lực cản trên đây, nên dòng điện sử dụng
cho động cơ điện khá cao. Để tăng độ bền cho hệ thống khởi động cần phải
giảm tải cho khoá điện bằng cách sử dụng khởi động từ đóng mở dịng điện vào
động cơ điện. Như vậy khi bạn bật khoá điện khởi động động cơ, bạn đã cấp
điện cho khởi động từ làm việc để đóng mở nguồn điện cho máy khởi động.
1.2.11 Hệ thống bôi trơn
- Hệ thống bôi trơn có tác dụng đưa dầu bơi trơn đến các bề mặt của các chi tiết
chuyển động của động cơ để chúng di chuyển dễ dàng hơn. Có hai cụm chi tiết
chính cần bơi trơn, đó là piston và các ổ bi hoặc bạc trục khuỷu và trục cam của
động cơ. Đối với đa số động cơ, dầu bôi trơn được hút từ bình chứa dầu sau đó
qua bộ lọc và được nén dưới áp suất cao đến các bề mặt bạc lót và thành xilanh.

Sau đó lượng dầu này lại chảy về đáy các-te để tiếp tục một chu trình tuần hồn
mới.
1.3 Ngun lý làm việc của đơng cơ xăng
- Nguyên tắc hoạt động của động cơ 4 thì gồm: kỳ hút, kỳ nén, kỳ cháy, kỳ xả.
1.3.1 Kỳ hút (kì nạp)

Hình 1.9 kỳ hút nhiên liệu

11


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
- Pittơng cịn nằm ở điểm chết trên. Lúc này trong thể tích buồng cháy cịn đầy
khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót bên trong xilanh cao hơn áp suất khí
quyển. Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch pittông từ điểm chết
trên đến điểm chết dưới, xuppap nạp mở thông xilanh với đường ống nạp. Cùng
với sự tăng tốc của pittông, áp suất mơi chất trong »pk Thể tích khơng gian
trong xilanh trở nên nhỏ dần hơn so với áp suất trên đường ống nạp pk ( 0,010,03Mpa). Sư giảm áp suất bên trong xilanh so với áp suất của đường ống nạp
tạo nên q trình nạp (hút) mơi chất mới (khơng khí) từ đường ống nạp vào
xilanh. Áp suất mơi chất đối với động cơ bằng với áp suất khí quyển.
1.3.2 Kỳ nén

Hình 1.10 kỳ nén
- Pittơng chuyển dịch từ điểm chết dưới đến điểm chết trên, các xupap hút và xả
đều đóng, mơi chất bên trong xilanh bi nén. để hồn thiện q trình nạp người ta
vẫn để xupap nạp tiếp tục mở . Việc đóng xupap nạp là nhằm để lợi dụng sự

chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của dịng khí đang
lưu động trên đường ống nạp để nạp thêm môi chất mới vào xilanh. Sau khi
đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của pittông sẽ làm áp suất và nhiệt độ của
môi chất tiếp tục tăng lên. Giá trị của áp suất cuối quá trình nén, phụ thuộc vào
tỷ số , độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh . Việc tự
bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần một thời gian nhất định, mặc dù rất ngắn.
Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng do nhiên liêu cháy sinh ra thì điểm bắt đầu và
điểm kết thúc q trình cháy phía ở lân cận điểm chết trên. Do đó việc phun
nhiên liệu vào xilanh động cơ đều được thực hiện trước khi pittông đến điểm
chết trên
12


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
1.3.3 Kỳ cháy và giãn nở

Hình 1.11 kỳ cháy và giãn nở
- Đầu kỳ cháy và giãn nở, hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu được tạo ra ở cuối q
trình nén được bốc cháy nhanh. Do có một nhiệt lượng lớn được toả ra, làm
nhiệt độ và áp suất mơi chất tăng mạnh, mặt dù thể tích làm việc có tăng lên
chút ít. Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, pittông tiếp tục
đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở của mơi chất trong xilanh. Trong q
trình giãn nở mơi chất đẩy pittơng sinh cơng, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi
là hành trình cơng tác (sinh cơng).
1.3.4 Kỳ xả

Hình 1.12 kỳ xả
- Kỳ thải trong kỳ này, động cơ thực hiện q trình xả sạch khí thải ra khỏi
xilanh. Pittônng chuyển dịch từ điểm chết dưới đến điểm chết trên đẩy khí thải
ra khỏi xilanh qua đường xupap thải đang mở vào đường ống thải, do áp suất
bên trong xilanh ở cuối q trình thải cịn khá cao, nên xupap xả bắt đầu mở khi
pittơng cịn cách điểm chết dưới 430 góc quay của trục khuỷu. nhờ vậy, giảm
13


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
được lực cản đối với pittông trong q trình thải khí và nhờ sự chênh áp lớn tạo
sự thốt khí dễ dàng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch
khí thải ra khỏi xilanh động cơ. Kỳ thải kết thúc chu trình công tác, tiếp theo
pittông sẽ lặp lại kỳ nạp theo trình tự chu trình cơng tác động cơ nói trên. Để
thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh, xupap xả khơng đóng tại vị trí điểm
chết trên mà chậm hơn một chút, sau khi pittông qua khỏi điểm chết trên 170
góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi đã bắt đầu kỳ một. Để giảm sức cản cho quá
trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở dần trong khi pittông đi xuống trong
kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi pittơng đến điểm chết
trên 170 góc quay trục khuỷu. Như vậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai
xupap nạp và xả đều mở.
Quá trình lặp lại như kỳ nạp.
1.4 Phương pháp đo tốc độ vòng tua của động cơ (revolution per minute)
1.4.1 Hệ thống đánh lửa

Hình 1.13 Hệ thống đánh lửa

14


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
- Đo tốc độ bằng cách lấy tín hiệu từ cuộn kích mỗi lần có áp dương là nó kích
cho bugi phóng điện 1 lần. số vịng tua bằng số lần kích chia cho 2
- Đo tốc độ bằng cách thu tín hiệu từ bugi của xe: do sợ dây gắn với bugi của
xe có điện trương rất cao ở thời điểm bugi đánh lửa nên ta dùng MOSFET để
thu tin hiệu.

Kết luận : Sau khi tìm hiểu và tham khảo để đo được tốc đọ vịng tua đơn giản
và chính xác đó là chúng ta đo tín hiệu điện trường từ hệ thống đánh lửa của
động cơ xăng , đó là khi mỗi lần bugi đánh lửa đốt cháy nhiên liệu sẽ có một tín
hiệu điện trường phát ra , lúc này chúng ta sẽ dùng JFET để thu tín hiệu điện
trường phát ra từ bugi đưa vào mạch xử lý để thực hiện sửa dạng xung sau đó
đưa vào vi xử lý để xử lý tín hiệu
1.5 Khái quát về vi điều khiển
1.5.1 Giới thiệu chung
-Chíp 89C051- 40 kích thước to lại vừa đắt tiền thì bạn có thể thay thế bằng cách
dùng con chíp 89C2051-20 chân vừa nhỏ gọn vừa tiết kiệm tiền bạc mà vẫn đầy
đủ các tính năng như chíp 89C51. Chíp 89C2051 rất nhỏ gọn nên nó được sử
dụng rất nhiều trong các ứng dụng nhỏ. các ứng dụng cụ thể, qua các dự án thực
tế để phát triển 89C2051, 89C4051…với ngơn ngữ lập trình Assembly
1.5.2 Một số đặc tính
− Đây là một vi điều khiển của hãng atmel, đầy đủ các tính năng như chip
89C51.

− Chip này chỉ có 20 chân.15 đường xuất nhập
− Điện áp làm việc từ 2,7v → 6v ( thường là 5 v )
− Tần số làm việc: Tần số dao động thạch anh từ 0 tới 24M hz.
− ROM : 2Kbyte Flash ROM
− RAM : 128 bytes.
− Hai bộ định thì 16-bit.
15


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
− Lập trình tuần tự bằng kênh UART.
− Có 6 nguồn ngắt.
− Có 2 mức khóa bộ nhớ chương trình.
− Có cổng nối tiếp.
− Hai bộ so sánh Analog tích hợp sẵn trên chip.
− Trực tiếp tiếp điều khiển ngõ ra
1.5.3 Sơ đồ chân

Hình 1.14 Sơ đồ chân IC 89c2051
Port 1: Từ chân 12 → 19 xuất nhập dữ liệu , từ P1.2 → P 1.7 được dùng để kéo
lên bên tron . P1.0 và P1.1 tương ứng với mức logic cao và thấp cho 2 đầu vào
AIN0 và AIN1 tương ứng của bộ so sánh chính xác tên chíp .
Port 1 bộ khuyêch đại đệm đầu ra có thể hạ xuống 20 mah và có thể điều khiển
LED hiển thị trực tiếp. Chỉ cần 1s để chuyển những chân của Port 1 sử dụng như
những đầu vào.
Khi chân P1.2 → P1.7 được sử dụng như những đầu vào, chúng sẽ là những

nguồn dịng I vì được kéo lên bên trong
Port1cũng nhận được mã dữ liệu chương trình FLASH và thực hiện .
- PORT 3: Chân số 2, 3 , 6, 7, 8, 9, 11, những chân này đã có điện trở kéo lên.
P3.6 được nối cố định giữa đường xuất nhập trên bộ so sánh của chip và không
thể truy cập . Chỉ cần 1s để chuyển những chân của Port 3 lên mức cao bởi sự
kéo lên bên trong và có thể sử dụng như những đầu vào, chúng sẽ là những
nguồn dòng I vì được kéo lên bên trong Port 3 cũng phục vụ cho các chức năng
của nhiều tính năng đặc biệt của 89C2051 như sau:

16


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử

Port 3 cũng nhận được tín hiệu điều khiển từ Flash và thực hiện .
- Vcc : Chân số 20: điện áp vào khoảng → 6v ( thường dùng ở mức 5V)
- GND : Chân số 10: chân nối mass.
- RST : Xác lập lại trạng thái ban đầu . RST=0: Chíp hoạt động bình thường.
- RST = 1 chíp được thiết lập lại trạng thái ban đầu .
- XTAL1: Ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip và ngõ vào bộ khuếch đại
đảo chiều.
- XTAL2: Ngõ ra từ bộ khuếch đại đảo chiều.

- Để tham khảo thêm về AT89xx chúng ta có thể tham khảo và đọc thêm
sách về họ vi xử lý của Thầy Tống Văn On , Giáo trình vi xử lý 1 - Nguyễn
Đình Phú…

- Kết luận : Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về vi điều khiển chúng
em đã nhận thấy IC 89C2051 có thể đáp ứng được tất cả những xử lý mà
các IC khác có thể làm được với ưu điểm nhỏ gọn và giá thành rẻ , phương
thức lập trình khơng khác gì với những IC khác mà kích thước to và giá
thành đắt hơn
1.6 Tổng quan về IC 555
- Như chúng ta đã biết IC 555 có chức năng là để sửa dạng xung đầu vào từ bất
dạng xung bất kỳ thành xung vuông
- Xung đầu vào nhiễu làm ảnh hưởng đến tín hiệu xung đưa vào vi xử lý vì vậy
trong những mạch điều khiển bằng dạng xung vng thì chúng ta thường sử
dụng IC555 để sửa dạng xung đầu vào để cho dạng xung được ổn định và giá
thành khi mua cũng rẻ và dễ tìm kiếm ngồi thị trường , cách thiết kế và sử
dụng rất đơn giản vì đã tích hợp IC số

17


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử

Cơng thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555:
+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))
+ Chu kì của tín hiệu đầu ra : t = 1/f
+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :
t1 = ln2 .(R1 + R2).C
+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :

t2 = ln2.R2.C
NHư vậy trên là công thức tổng quát của 555. Tơi lấy 1 ví dụ nhỏ là : để tạo
được xung dao động là f = 1.5Hz . Đầu tiên tôi cứ chọn hai giá trị đặc trưng là
R1 và C2 sau đó ta tính được R1. Theo cách tính tốn trên thì ta chọn : C =
10nF, R1 =33k --> R2 = 33k (Tính tốn theo cơng thức
1.7 Datasheet một số linh kiện

Rating
Symbol
Value
Unit
Drain–Source Voltage

Hình 1.14 : JFET BF245b

1.8 Các phương pháp hiển thị
VDS
- Như chúng ta đã biết LCD có tác dụng để hiện thị những thơng tin để người
±30
Vdc điều khiển nào đó một
đọc có thể nhìn thấy được nội dung của một chương trình
Drain–Gate Voltage
VDG
30
Vdc
Gate–Source Voltage
VGS

18

Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
cách dễ dàng , và trực quan nhất , có rất nhiều cách để hiện thị nội dung của
mạch điều khiển như : led đơn , led ma trận , nhưng LCD là cách hiện thị mà
người đọc và người lập trình có thể có thể tương quan một cách chính xác nhất ,
mà khi thiết kế mạch cũng nhỏ gọn , giá thành rẻ , dễ dàng tìm kiếm và thay
thế , phương pháp lập trình đơn giản .
- Chúng ta có thể dễ dàng tìm hiếm tài liệu tham khảo về LCD trên mạng
internet

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
2.1 Sơ đồ khối chung
2.1.1 Sơ đồ
Hiển thị

Xử lý trung tâm
Cảm biến

Xử lý tín
hiệu

Nguồn
Bàn phím

Hình 2.1 Sơ đồ khối

19


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
2.1.2 Nguyên lý sơ đồ khối
- Khi bugi của động cơ xăng đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp oxi và nhiên liệu ở
gần bugi có một điện trường cao nhờ cảm biến sẽ thu tín hiệu đó từ mỗ lần bugi
đánh lửa , sau đó đưa vào bộ xử lý tín hiệu để xử lý tín hiệu ở sơ đồ khối này
mạch xử lý tín hiệu là để sửa dạng xung đầu vào thành dạng xung vng để đưa
vào bộ vi xử lý tín hiệu trung tâm để thực hiện xử lý sau đó hiển thị ra ngồi
màn hình LCD , bán phím có tác dụng để điều khiển các trạng thái của mạch
như : start , stop , hold
2.1.3 Chức năng của từng khối
a, Cảm biến
- Dùng JFET để thu nhận tín tiệu từ bugi , vì JFET được ứng dụng và sử dụng
rất nhiều trong những mạch thu đòi hỏi độ nhạy lớn , trong mạch này để đo
được tốc độ vòng tua động cơ xăng thì JFET 2N3458 là đáp ứng tốt nhất tín
hiệu từ bugi mỗi lần đánh lửa JFET sẽ cảm biến , thu nhận tín hiệu để đưa vào
bộ vi xử lý trung tâm để thực hiện
b, Xử lý tín hiệu
- Để tín hiệu đưa vào bộ xử lý trung tâm để làm việc chính xác thì trước khi
đưa vào chúng ta phải xử lý tín hiệu trước , tín hiệu thu được chưa xử lý rất
nhiễu và có những thành phần khơng mong muốn . Vì thế đưa vào bộ vi xử lý
trung tâm sẽ không thể làm việc được . Vì vậy phải có mạch xử lý tín hiệu trước
khi đưa vào vi xử lý trung tâm
ANTENNA

+9V

+5V

R1

R4

3.3k

IC1

R

Q1
2N3819

Q
DC

5

2

TR

P3.5 (89C2051)

7

R3
1K

1

D1

1k

3

CV

1M

LED

V C
C

8

R2

150pF

4

GD
N

C1

TH

6

555

C2
2n7

C3
1u

Hình 2.4 Sơ đồ mạch xử lý tín hiệu
IC NE555 N gồm có 8 chân. - chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp
cho IC

20


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
- chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor
PNP. Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3.
- Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt

cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)
Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse
thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra
tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.
- Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase. Tuy
nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ ,các tụ có
tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định.
- Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác .mạch so sánh
dùng các transistor NPN .mức chuẩn là Vcc/3
điều khiển bỡi tầng logic .khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược
lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1
tầng dao động . - Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho
IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ +5v ÷ +15v và mức tối đa là
+18V
tính tốn thời gian có xung và khơng có xung.
Chọn tần số dao động là 200Hz chọn tụ C4 = 1uF chon R3 = R2
Ton = 2Toff
Mà T = Ton + Toff suy ra T = 3Toff => Toff = T/3
Ta có T = 1/f = 1/200 = 0,005 (s) = 5 (ms)
Toff = T/3 = 5/3 = 1,67ms
Ton = T - Toff = 5 – 1,67 = 3,33ms
Toff = 0,693*R3*C1 =>R3 = Toff/(0,693*10^-6) = 1,67*10^-3/(0,693*10^-6)
=2409 Ω
Chọn R3 = R2 = 2,2k
21


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
- Kết quả mơ phỏng
1.00

T

VG1

-1.00
10.00

Vd
9V

Vd

0.00
5.00
Vout1
4,9V
Vout1

0.00
0.00

10.00m

20.00m

30.00m
Time (s)

Hình 2.5 Dạng sóng đầu ra của mạch

c , Bàn phím
- Bàn phím có nhiệm vụ để điều khiển cho mạch , bàn phím được sử dụng như
các nút bấm để thay đổi các trạng thái của mạch : Start , Stop , Reset, Hold
d, Hiển thị
- Có rất nhiều cách để hiện thị thông số của mạch khi chúng ta cần hiển thị nội
dung của mạch như : hiển thị bằng led đơn , led 7 thanh ….. để gọn nhẹ và
thuận tiện cho việc lập trình thì chúng ta chon LCD để hiển thị thông tin của
mạch đo , dễ dàng có thể đọc được nơi dung ngay trên LCD 1 cách trực quan
nhất
e, Khối nguồn
+9V

IC3
78L05
3

VI

VO

2

SW-SPST

BAT1

+5V

1

GND

SW1

C1

R1
220

10u

9V

D1
LED-BIBY

GND

Hình 2.2 Khối nguồn
- Để đảm bảo cho mạch hoạt động ổn định thì ta cần có 1 khối nguồn ổn định

22

Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
78xx là loại linh kiện dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp tùy
thuộc vào đặc điểm của từng loại họ 78xx.
- L7805T là loại linh kiện dùng để tạo ra điện áp +5V.
- Dải điện áp lối vào từ +7 ÷ 35 (V)
- Điện áp ra là : +5 (V)
- Dòng ra từ : 0 ÷ 1 (A)
- Cơng suất lớn nhất ở đầu ra là :
P = UI = 5*1 = 5 (w)
2.2.4 Sơ đồ mơ phỏng

Hình 2.6 Sơ đồ mơ phỏng

Chức năng linh kiện:
Q1 khóa điện tử

23


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử
Ăngten dùng để thu tín hiệu từ bugi.
R2 điện trơ tải và hạn dòng cho cực D của Q1.

C2 dùng để lọc nhiễu giữ cho điện áp ở mức ổn định.
C1 có tác dụng phóng nạp.
IC555 dùng để sửa dạng xung.
Y1 tạo dao động.
C3,C4 đùng để lọc nhiễu.
AT89c2051 dùng để xử lí thơng tin.
LCD đùng để hiển thị.
Nguyên lí hoạt động:
- Khi bugi của động cơ xăng đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp oxi và nhiên liệu ở
gần bugi có một điện trường cao nhờ ăngten sẽ thu tín hiệu đó từ mỗ lần bugi
đánh lửa
- Khi ăng ten thu đươc tín hiệu sẽ làm cho Q1 dẫn từ +9V qua R2 qua tiếp giáp
DS của Q1 về mass, tín hiệu đươc lấy ra trên cực D của Q1 xấp xỉ 0V. khi bugi
không đánh lửa khơng ăngten khơng thu được tín hiệu làm Q1 khóa. Tín hiệu
lấy ra trên cực D của Q1 xấp xỉ +9V
- Tín hiệu lấy ra trên cực D của Q1 được dưa vào chân số 2 của IC 555. Ic 555
sẽ thực hiện sửa dạng sóng rồi lấy ra tại chân số 3 là xung vuông.
- Xung vuông sẽ đưa vào chân P3.5 của AT89c2051, AT89c2051 sẽ thực hiện
đếm số xung đưa vào và hiển thị ra LCD số vòng tua của động cơ xăng.
- Khi ấn nút hold (P3.4) sẽ dừng đếm xung đưa vào chân P3.5 nhưng vẫn hiển
thị số xung tại thời điểm ấn nút hold.

2.3 Lưu đồ thuật tốn và chương trình điều khiển
2.3.1 Lưu đồ thuật toán

24


Trường ĐHSPKT Hưng n

Đồ án : Mơn học tích hợp 2

Khoa Điện – Điện Tử

Start
Đ
Start= 0

S

Đ
Main

khởi tạo LCD

Count đếm số xung 1s = TH1*256
+ TL1
tốc độ = số xung * 60

25