Ứng dụng vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một chiều

LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Nha Trang em xin chân
thành cảm ơn nhà trường, quý thầy cô trong khoa Khai Thác cũng như quý thầy cô
trong bộ môn Điện – Điện Tử đã tận tình dạy dỗ, tạo điều kiện học tập đầy đủ và
giúp đỡ cho em và các bạn đạt kết quả cao trong học tập.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Nhữ Khải Hoàn đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này.
Xin gửi đến mọi người và bạn bè lòng biết ơn vì sự động viên và hỗ trợ mình để
đạt được kết quả ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Cao Văn Hòa

PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Tên đề tài:
Ứng dụng vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một chiều.
Họ và tên sinh viên thực hiện : Cao Văn Hòa
Mã số sinh viên: 4913024019
Khóa 49, chuyên ngành công nghệ kỹ thuật Điện – Điện Tử.
Nhận xét của CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………………………………………
ĐIỂM: ………………(Bằng chữ …………….)
DH Nha Trang, ngày …. Tháng ….Năm…….
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài:
Ứng dụng vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một chiều.
Họ và tên sinh viên thực hiện: Cao Văn Hòa
Mã số sinh viên : 4913024019
Khóa 49, chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện Tử.
Nhận xét của giáo viên phản biện :
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………………

Giáo viên phản biện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài:
Ứng dụng vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một chiều.
Họ và tên sinh viên thực hiện: Cao Văn Hòa
Mã số sinh viên : 4913024019
Khóa 49, chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện Tử.
Nhận xét của giáo viên phản biện :
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………………

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ………………………………… …… 1
1.1 . Lý do chọn đề tài…………………… ………………… …… ………1
1.2 . Mục đích thực hiện đề tài………………………………… ……… 1
1.3 . Nội dung đề tài…………………………… …………………… …… 1
1.4 . Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………2
1.5 . Giải quyết vấn đề…………………………………………………………2
Chương 2 : TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU…………………… 3
2.1. Tầm quang trọng của động cơ điện một chiều……………………… 3
2.2. Cấu tạo của động cơ điện một chiều……………………………… 3
2.2.1. Phần tĩnh hay stato…………………………………………………… 3
2.2.2. Phần quay hay roto…………………………………………………… 4
2.2.3. Nguyên lý làm việc và phương trình cần bằng điện áp của động cơ điện một
chiều……………………………………………………………………… 5
2.2.4. Mở máy động cơ điện một chiều và điều chỉnh tốc độ……………… 6
2.2.4.1. Mở máy động cơ điện một chiều………….……………………………6
2.2.4.1. Điều chỉnh tốc độ…………………………………………………… 7
Chương 3: CÁC LINH KIỆN LIÊN QUAN……………………………………… 9
3.1. Vi điều khiển MCS51…………………………………………….…… 9
3.1.1. Giới thiệu chung………………………………………………… 9
3.1.2. Giới thiệu vi điều khiển AT89x52…………………………………… 9
3.1.2.1. Sơ đồ chân của AT89x52…………………………………………… 11
3.1.2.2. Tổ chức bộ nhớ…………………………………………………… 13
3.1.2.3. Các bộ định thời/bộ đếm…………………………………………… 15
3.1.2.4. Điều khiển ngắt………………………………………………… 19
3.1.2.4.1. Khái quát……………………………………………………… 19
3.1.2.4.2. Xử lý ngắt………………………………………………….……… 21

3.1.2.4.3. Ứng dụng ngắt……………………………………………….…… 22
a. Ngắt do bộ định thời…………………………………….………… …… 22
b. Ngắt ngoài…………………………………………… …………… 23
3.1.2.5. Hoạt động truyền thông nối tiếp…………………………… …… 24
3.2. IC MAX232 và tìm hiểu kết nối máy tính theo chuẩn RS232C.………26
3.2.1. IC MAX232…………………………………………………… …… 26
3.2.1. Kết nối máy tính theo chuẩn RS232C………………………… 27
3.3. LCD 16x2…………………………………………………… ………29
3.3.1. Chức năng các chân………………………………………….……… 29
3.3.2. Các thành phần chức năng của LCD16x2……………………………30
3.3.3. Các chế độ truyền dữ liệu và tập lệnh của LCD…………………… 30
3.3.4. Nguyên tắc hiển thị ký tự trên LCD………………………………… 32
3.4. 74LS148……………………………………………………………… 32
3.5. TRANSISTOR H1061……………………………………… ……… 33
Chương 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG……………………………………… ……… 35
4.1. Sơ đồ chức năng……………………………………………… ……….35
4.2. Thiết kế chức năng…………………………………………… 35
4.2.1. Phần cứng……………………………………………………………….35
4.2.2. Phần mềm……………………………………………………… 36
4.3. Thiết kế mạch nguyên lý……………………………………….……….36
4.3.1. Giới thiệu Ocard……………………………………………………… 36
4.3.2. Module nguồn……………………………………………… ……… 37
4.3.3. Module mạch cầu H……………………………………… ………… 38
4.3.3.1. Tìm hiểu mạch cầu H……………………………………………… 38
4.3.3.2. Tìm hiểu các dạng cấu tạo cơ bản của mạch cầu H thường gặp trong các
mạch điều khiển động cơ DC………………………………….………… 39
4.3.3.3. Module mạch cầu H………………………………………………… 39
4.3.4. Module vi điều khiển……………………………………….… 42
4.3.5. Module giao tiếp máy tính - RS232……………………… ……… 43
4.3.6. Module báo hoạt động của động cơ…………………………… 44

4.3.7. Module đo tốc độ động cơ…………………………………………….44
4.4. Tìm hiểu phương pháp điều rộng xung (PWM) và thiết kế phần
mềm…………………………….……………………………………… 45
4.4.1. Tìm hiểu phương pháp điều rộng xung (PWM)…………… 45
4.4.2. Thiết kế phần mềm…………………………………………… 46
4.4.2.1. Lưu đồ thuật toán………………………………………….…………46
4.4.2.2. Sơ đồ thuật toán…………………………………………… 47
4.4.2.3. Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Visual Basic với truyền thông nối
tiếp………………………………………………………………… … 49
4.4.2.4. Phần mềm viết chương trình nạp cho vi điều khiển…… … 49
Chương 5 : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN…………………………… 52
5.1. Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả……………………………… 52
5.1.1. Chạy thử nghiệm…………………………………………………… 52
5.1.2. Đánh giá kết quả thu được………………………… ……………… 53
5.2. Kết luận………………………………………………………………53
5.3. Hướng phát triển đề tài…………………………………….…………54
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………… …………55
PHỤC LỤC……………………………………………………… ………… 56
i

DANH MỤC CÁC BẢNG
TÊN
BẢNG
NỘI DUNG TRANG

Bảng 3.1 Các chức năng riêng của các chân cổng p3 11
Bảng 3.2 Trạng thái thanh ghi sau khi reset 13
Bảng 3.3 Một số thanh ghi chuyên dụng của vi điều
khiển AT89X52
15

Bảng 3.4 Các chế độ hoạt động của các bộ đếm 17
Bảng 3.5 Bảng vector ngắt 22
Bảng 3.6 Bảng sắp xếp chân của cổng nối tiếp 28
Bảng 3.7 Bảng tập lệnh của LCD 32
Bảng 3.8 Bảng trạng thái IC 74LS148 33
Bảng 3.9 Bảng thông số của transistor H1061 34
Bảng 4.1 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ 50
Bảng 4.2 Bảng mô tả các giá trị chẳn lẻ hợp lệ 50




















ii

DANH MỤC CÁC HÌNH
TÊN HÌNH

NỘI DUNG TRANG

Hình 2.1 Hình ảnh cấu tạo chung của động cơ một chiều 8
Hình 3.1 Sơ đồ chân vi điều khiển 10
Hình 3.2 Mạch tạo dao động cho bộ tạo dao động trên chip
AT89X52
13
Hình 3.3 Sơ đồ nghép nối truyền thông nối tiếp 24
Hình 3.4 Sơ đồ chân IC MAX232 26
Hình 3.5 Cổng nối tiếp RS232 gồm 2 loại :25 chân và 9 chân. 27
Hình 3.6 LCD 16X12 29
Hình 3.7 Sơ đồ chân 74ls148 33
Hình 3.8 Transistor H1061 34
Hình 4.1 Sơ đồ chức năng Module điều khiển động cơ. 35
Hình 4.2 Chương trình ocard 36
Hình 4.3 Sơ đồ module nguồn 37
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 38
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dùng 2 tín hiệu điều
khiển
39
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dùng 4 tín hiệu điều
khiển
40
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý module mạch cầu H 42
Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý module vi điều khiển 42
Hình 4.9 Sơ đồ khối giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển 43
Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính 43

Hình 4.11 Sơ đồ hiển thị thông báo hoạt động của động cơ 44
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý module đo tốc độ động cơ 44
Hình 4.13 Đồ thị dạng xung điều chế PWM 45
Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán tổng quát điều khiển động cơ 47
Hình 4.15 Lưu đồ thuật toán bàn phím 48
iii

Hình 4.16 Giao diện phần mềm lập trình read51 51
Hình 5.1 Hình ảnh module hiển thị quá trình hoạt động của
động cơ
52
Hình 5.2 Hình ảnh hoạt động của động cơ 52
Hình 5.3 Hình ảnh giao diện điều khiển động cơ trên máy tính

53
Hình 5.4 Hình ảnh toàn bộ phần cứng 54

1

Chương 1


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI


1.1. Lý do chọn đề tài
Điều khiển máy điện là một lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các thiết bị, khí cụ và
sơ đồ điều khiển để phục vụ các nhu cầu thay đổi các đại lượng của chuyển động
như mô men, tốc độ hay điều khiển vị trí tùy theo các yêu cầu phát sinh của mỗi
loại hình sản xuất.

Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển
tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định, tốc độ cao và các hệ thường xuyên
hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều.
Một số ứng dụng quan trọng của động cơ điện một chiều như truyền động cho
xe điện, máy công cụ, máy vận chuyển, máy cán, máy nghiền, v.v…
Chính vì vậy “ Ứng dụng vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một
chiều” là đề tài có tính ứng dụng thực tế cao.
1.2. Mục đích thực hiện đề tài
Thiết kế mô hình và xây dựng chương trình để điều động cơ một chiều, hiển thị
quá trình hoạt động của động cơ.
Hiển thị quá trình hoạt động của mô hình lên máy tính thông qua cổng RS232.
1.3. Nội dung đề tài
Với đề tài như trên ta cần hoàn thành các nội dung như sau:
- Tìm hiểu sơ lược về động cơ điện một chiều.
- Tìm hiểu về vi điều khiển và các linh kiện liên quan.
- Thiết kế hệ vi điều khiển thực hiện các chức năng sau:
+ Điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ một chiều.
+ Hiển thị trạng thái hoạt động của động cơ một chiều.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch cầu H và áp dụng vào mô hình để điều
chỉnh động cơ.
- Hiển thị quá trình hoạt động của mô hình lên máy tính.
2

1.4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
tiễn.
- Tiếp thu kiến thức và kinh nghiệm từ giáo viên hướng dẫn và những người có
cùng chuyên môn.
- Tham khảo tài liệu từ internet, sách báo liên quan đến những vấn đề cần tìm
hiểu.

1.5. Giải quyết vấn đề
Với đề tài: “Ứng dụng vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một
chiều’’ ta cần thực hiện nội dung đầy đủ theo mô hình sau:














KHỐI HIỂN
THỊ
KHỐI VI
ĐIỀU KHIỂN
KHỐI BÀN
PHÍM
KHỐI NỐI
TIẾP
KHỐI ĐIỀU
KHIỂN
ĐỘNG CƠ
KHỐI ĐO
LƯỜNG

3

Chương 2

TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

2.1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi một loại máy quan
trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay
chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt,
khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải. Chính vì vậy mà động cơ điện
một chiều được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh
tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của
nó như so với máy điện xoay chiều như giá thành chế tạo đắt và bảo quản cổ góp
điện phức tạp hơn. Tuy nhiên do những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều
vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất.
2.2. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần
động.
2.2.1. Phần tĩnh hay stato.
Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
a. Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện hay thép cacbon ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng
thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ
được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách
điện thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn
dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.

b. Cực từ phụ: cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ
4

phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như quấn cực từ chính. Cực từ phụ được
gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c. Gông từ: gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện
lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác:
Bao gồm:
- Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn
và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ thì nắp máy còn
có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng
gang.
- Cơ cấu chổi than: cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi
than nhờ một lo xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi
than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí
chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
2.2.2. Phần quay hay roto
Bao gồm những bộ phận chính sau:
a. Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện
dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng
điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây
quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để
khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn
nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm
việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết
kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
5

b. Dây quấn phần ứng: dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và
có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách
điện. Trong máy điện nhỏ có công suất tới vài KW thường dùng dây có tiết diện
tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn
được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
c. Cổ góp: cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp
mica dày và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hình ốp hình chữ
V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có
cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được
dễ dàng.
d. Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế
tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục
máy, khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành
góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần cứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép cacbon tốt.
2.2.3. Nguyên lý làm việc và phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện
một chiều
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có
dòng diện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chiệu lực tác dụng
làm cho roto quay. Chiều lực xác định theo quy tắt bàn tay trái. Nhờ có cổ góp
(vành đổi chiều) mà dòng điện một chiều đưa vào cổ góp sẽ biến thành dòng xoay
chiều trong các thanh dẫn của phản ứng làm cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm
bảo động cơ có chiều quay không đổi.

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sđđ E
ư
Chiều sđđ xác
định theo quy tắt bàn tay phải.
Ở động cơ, chiều của sđđ E
ư
ngược chiều với dòng điện I
ư
nên E
ư
còn được gọi là
sức phản điện.
6

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ một chiều là:
U=E
ư
+ RI
ư
2.2.4 Mở máy động cơ điện một chiều và điều chỉnh tốc
Ta có suất điện động của động cơ một chiều là:
E
ư
=
φφ
nn
a
pN
k
E

=
60

Đối với động cơ, dòng điện I
ư
ngược chiều với suất điện động, nên E
ư
còn gọi là
sức phản điện.
Mômen điện từ của động cơ một chiều là:

trong đó hệ số K
M
phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn:

a
pN
K
M
π
2
=

- N: số thanh dẫn.
- 2a: số nhánh song song.
Đối với động cơ, mômen điện từ là mômen quay, cùng chiều với tốc độ quay n.
2.2.4.1. Mở máy động cơ điện một chiều
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ một chiều:
U = E
ư

+ R
ư
. I
ư
Ta có khi mở máy, tốc độ n=0, sức phản điện E
ư
=K
E
nθ=0, dòng điện phần ứng
lúc mở máy là:




Vì điện trở R
ư
rất nhỏ, nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn (khoảng 20
÷30 lần I
đm
), làm hỏng cổ góp và chổi than. Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng
điện mở máy I
mở
lớn. Làm ảnh hưởng đến lưới điện.
Để giảm dòng điện mở máy I
mở
=(1,5 ÷2) I
đm ,
ta dùng các biện pháp sau:
a. Dùng biến trở mở máy R
mở

7

Mắc biến trở vào mạch pần ứng, lúc đó dòng điện mở máy phần ứng khi có biến
trở mở máy là:
I
më
= U/ ( R+R
më
)

Ban đầu để biến trở mở máy R
mở
lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng
lên, suất điện động E
ư
tăng và điện trở mở máy giảm dần đến 0, máy làm việc đúng
điện áp định mức.

b. Giảm điện áp đặt vào phần ứng
Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn điện một chiều có thể điều chỉnh
điện áp, ví dụ trong hệ thống máy phát - động cơ, hoặc nguồn một chiều chỉnh lưu.
2.2.4.2 Điều chỉnh tốc độ
Ta có từ phương trình cân bằng điện của động cơ điện một chiều:
U=E
ư
+ R
ư
. I
ư

Ta rút ra : E
ư
=U- R
ư
.I
ư
Thay E
ư
=K
E
nθ vào, ta có phương trình tốc độ của động cơ điện một chiều:


với k
E
: hệ số cấu tạo dây quấn.
Từ phương trình trên, ta thấy muốn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, ta
có các biện pháp sau:
a. Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng
Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ giảm. Vì rằng dòng điện phần ứng
lớn, nên tổn hao công suất trên điện điều chỉnh lớn. Phương pháp này chỉ sử dụng ở
động cơ công suất nhỏ.
b. Thay đổi điện áp U
Dùng nguồn điện một chiều điều chỉnh được điện áp cung cấp điện cho động cơ.
Phương pháp này được sử dụng nhiều.
c. Thay đổi từ thông
8

Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ. Phương pháp thay đổi
từ thông, kết hợp với phương pháp thay đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng,

đây là ưu điểm lớn của động cơ điện một chiều.






Hình 2.1: Hình ảnh cấu tạo chung của động cơ một chiều.



















9

Chương 3

CÁC LINH KIỆN LIÊN QUAN

3.1. Vi điều khiển MCS51
3.1.1. Giới thiệu chung
Bộ điều khiển đơn chíp 8051 được công ty INTEL chế tạo vào năm 1980 là sản
phẩm đầu tiên của họ vi điều khiển MSC-51. Ngày nay, họ MCS-51 đã có trên 250
loại khác nhau. Họ MCS-51 có khả năng ứng dụng rất rộng rãi, chúng có mặt hầu
hết các sản phẩm điện tử dân dụng. Mỗi vi mạch MSC-51 bao gồm trong nó bộ xử
lý trung tâm (CPU), bộ nhớ chỉ đọc (ROM), bộ nhớ đọc ghi (RAM), các cổng vào
ra song song 8 bit (I/O PORT), cổng vào ra nối tiếp (Serial PORT), các bộ đếm và
định thời (TIME), khối điều khiển ngắt (lnterput), khối điều khiển bus (Bus control)
và mạch tạo xung nhịp (Oscillator).
Giao tiếp giữa CPU và các khối bên trong của MCS-51 được thực hiện qua các
bus nội bộ gồm dữ liệu 8 bit, bus địa chỉ và các tín hiệu điều khiển khác. Cấu trúc
bên trong cho phép coi MCS-51 như một máy tính đơn chíp 8 bit.
3.1.2. Giới thiệu vi điều khiển AT89x52
IC vi điều khiển AT89x52 thuộc họ MCS-51 có các đặc điểm sau:
- 8 kbyte ROM.
- 256 byte RAM.
- 4 Port I/O bit.
- 3 bộ định thời.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64kb không gian bộ nhớ mở rộng.
- 64kb không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
10

3.1.2.1. Sơ đồ chân của AT89x52

Hình 3.1: Sơ đồ chân vi điều khiển.
- PORT 0:
Là PORT có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ
(không dùng bộ nhớ mở rộng) có hai chức năng như các đường I/O. Đối với các
thiết kế cỡ lớn (với bộ nhớ mở rộng ) nó kết hợp giữa các bus.
- PORT 1:
Là port I/O trên các chân 1-8, các chân được ký hiệu p1.0,p1.1,p1.2,…có thể
dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Cổng P1 không có chức năng
khác, vì vậy chúng chỉ được dùng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.
- PORT 2:
Là cổng I/O có tác dụng kép, được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte
của bus của địa chỉ 16 bit đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.
- Port3:
Là cổng I/O song song có tác dụng kép. Các chân của port này có nhiều chức
năng. Bảng 1 cho ta chức năng của các chân cổng P3.
11

Bảng 3.1: Các chức năng riêng của các chân cổng p3.
- Các chân tín hiệu điều khiển:
#PSEN (Program Store Enable) : Là tín hiệu ra trên chân 29. Nó Là tín hiệu
điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối chân OE
(Output Enable) của một EFROM để cho phép đọc các byte mã lệnh.
PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình
đọc từ EFROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh để giải mã lệnh. Khi vi
điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẻ ở mức 1.
ALE/#PROG (Address latch Enable):
Chân tín hiệu ALE (chân 30) đưa ra xung điều khiển cho phép chốt byte thấp
của địa chỉ khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng là đầu vào của

BIT

TÊN

CHỨC NĂNG CHUYỂN ĐỔI
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RxD
TxD

#INT0
#INT1
T0
T1
#WR
#RD
Đường vào dữ liệu cổng nối tiếp
Đường xuất dữ liệu cổng nối tiếp
Đường vào ngắt ngoài 0
Đường vào ngắt ngoài 1
Đường vào của bộ định thời/bộ đếm 0
Đường vào của độ định thời /bộ đếm 1
Tín hiệu ghi dữ liệu bộ nhớ ngoài
Tín hiệu ghi dữ liệu
12

xung lập trình khi lập trình cho FLASH, khi đó chân tín hiệu ở mức 0. Khi hoạt
động bình thường, tín hiệu ALE được phát ra với tần số không đổi bằng 1/6 tần số
của bộ dao động trên chip, và có thể sử dụng cho mục đích định thời.
Chân tín hiệu truy suất ngoài EA (External access):
Tín hiệu vào EA (chân 31) được nối với 5v (mức logic 1) hoặc với GND (mức
0). Nếu ở mức 1, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội. Nếu ở mức 0, vi
điều khiển sẽ thi hành chương trình ở bộ nhớ mở rộng. Chân EA được lấy làm chân
cấp nguồn 12v khi lập trình cho FLASH trong vi điều khiển.
RST (Reset):
Ngõ vào RST trên chân 9 là ngỏ vào reset của vi điều khiển dùng để thiết lập lại
hệ thống. Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy, các
thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống).
Trạng thái các thanh ghi của vi điều khiển được tóm tắt trong bảng 3.2 sau khi reset:
Thanh ghi Nội dung

Bộ đếm chương trình
Thanh ghi chứa A
Thanh ghi chứa B
PSW
SP
DPTR
PORT P0 –P3
IP
00H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XXX00000H
13

IE
Các thanh ghi định thời
SCON
SBUF
ON(HMOS)
ON (CMOS)
0XXX0000H
00H
00H
00H
0XXXXXXXH
0XXX0000H

Bảng 3.2: Trạng thái các thanh ghi sau khi reset.
Các chân XTAL1, XTAL2:
Là chân 18,19 được nối với bộ tạo dao động trên chip.
Tần số của dao động thường được sử dụng là 11,0592MHZ, 12MHZ. Tụ có giá
trị 33p. Chân VCC nối đến +5v của nguồn cấp, chân GND nối đất.
Mạch tạo dao động như sau:






Hình 3.2: Mạch tạo dao động cho bộ tạo dao động trên chip AT89X52.
3.1.2.2. Tổ chức bộ nhớ
- RAM trong:
11.0592M
33p33p
1918
14

Bộ vi điều khiển AT89x52 có 256 byte RAM trong bao gồm 32 byte đầu tiên
(00h đến 1FH) dành cho các thanh ghi, 16 byte tiếp theo (20H đến 2FH) là vùng
RAM định địa chỉ theo bit, sau đó là 80 byte RAM nháp.
Vùng thanh ghi có 32 byte, chia thành 4 khối (bank 0 đến bank 3), mổi khối có 8
thanh ghi r0 đến r7.
Ở vùng RAM định địa chỉ theo bit, các bit được đánh địa chỉ từ 00H đến 7FH.
Các thanh ghi chuyên dụng (SFR):
Các thanh ghi này có địa chỉ từ 80H đến FFH. Chúng chứa nội dung của các
thanh ghi điều khiển.

- ROM:
Bộ vi điều khiển AT89x52 có 8K FLASH lập trình được. Rom luôn chiếm vùng
địa chỉ byte thấp trong bộ nhớ chương trình.
Thanh ghi Mã gợi nhớ Địa chỉ
Chốt cổng p0
Chốt cổng p1
Chốt cổng p2
Chốt cổng p3
Điều khiển bộ định thời/bộ đếm
Điều khiển chế độ bộ định thời/bộ đếm
Byte thấp bộ định thời/bộ đếm 0
Byte cao bộ định thời/bộ đếm 0
Byte thấp bộ định thời/bộ đếm 1
P0
P1
P2
P3
TCON
TMOD
TL0
TH0
TL1
80H
90H
A0H
B0H
88H
89H
8AH
8BH

8CH
15

Byte cao bộ định thời/bộ đếm 1
Cho phép ngắt
Điều khiển ưu tiên ngắt
Từ trạng thái chương trình
Thanh ghi tích lũy
Thanh ghi B
TH1
IE
IP
PSW
ACC hoặc A
B
8DH
A8H
B8H
D0H
E0H
F0H

Bảng 3.3: Một số thanh ghi chuyên dụng của vi điều khiển AT89X52.
3.1.2.3. Các bộ định thời/bộ đếm
Vi điều khiển MCS51 có 2 bộ ‘timer/counter’ 16 bit có thể hoạt động ở các chế
độ khác nhau và có khả năng ‘timer’ hay ‘counter’. Khi hoạt động định thời (timer),
bộ ‘timer/counter’ sẽ nhận xung đếm từ giao động nội. Khi đếm sự kiện (counter),
bộ ‘timer/counter’ nhận xung đếm từ bên ngoài.
Mỗi bộ ‘timer/counter’ có 4 chế độ hoạt động, tùy theo chế độ hoạt động các bộ
đếm của ‘timer/counter’ đếm lên 8 bit hay 16 bit.

Ứng dụng của ‘timer/counter’: đếm sự kiện tại các chân T0 hay T1. Giữ chậm
thời gian thực. Tạo tốc độ cho truyền thông nối tiếp.
Quá trình điều khiển hoạt động của ‘timer/counter’ được thực hiện thông qua
các thanh ghi: thanh ghi chế độ TMOD có địa chỉ là 89H. Thanh ghi điều khiển
TCON có địa chỉ là 88H. Các thanh ghi đếm TL0 (8AH), TH0(8BH), TL1(8CH),
TH1(8DH). Trong đó các thanh ghi trên chỉ có thang ghi điều khiển hoạt động
TCON được định địa chỉ bit.
Ngoài ra, trong họ 89x52 còn có thêm bộ định thời thứ 3 (timer2).
16

Cấu trúc và chức năng các thanh ghi SFR tham gia vào hoạt động
timer/counter.
a. Thanh ghi điều khiển kiểu ‘định thời/bộ đếm’ TMOD
- Cấu trúc của thanh ghi TMOD.
BIT 7 6 5 4 3 2 1 0
• Chức năng bit của thanh ghi TMOD.
- Bit số 7 (GATE1): Là bit điều khiển cổng khi được lập, thanh ghi định thời/bộ
đếm 1 được chọn khi chân #INT1 ở mức logic cao và bit điều khiển TR1 trong
thanh ghi TCON được lập.
- Bit số 6(C/T1): Là bit chọn xóa bộ thời gian cho hoạt động đồng hồ bên trong,
hoặc chọn xóa bộ đếm cho hoạt động bộ đếm đưa từ bên ngoài vào qua chân T1.
- Bit số 5,4 (M1(1), M0(1)): Là hai bit xác định chế độ định thời/bộ đếm số 1.
- Bit số 3(GATE0): Là bit điều khiển cổng khi được lập, thanh ghi định thời/bộ
đếm 0 được chọn khi chân /INT0 ở mức logic cao và bit điều khiển TR0 trong thanh
ghi TCON được lập.
- Bit số 2 (C/T0): Là bit chọn xóa bộ thời gian cho hoạt động đồng hồ bên trong,
hoặc chọn xóa bộ đếm cho hoạt động bộ đếm đưa từ bên ngoài vào qua chân T0.
- Bit số 1,0 (M1(0),M0(0): Là 2 bit xác định chế độ định thời/bộ đếm số 0.

GATE1 C/T1 M1(1) M0(1) GATE0 C/T0 M1(0) M0(0)