thiết kế, chế tạo hệ thống khoan sản phẩm chính xác theo yêu cầu

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.2 Hình dáng xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn 8
+ Van điện từ AirTac 4V120-06 (2 coil, 5 cửa, 2 vị trí ) 8
Mô tả: 8
2.2.3 Van tiết lưu một chiều 10
Hình 2.5 Van tiết lưu một chiều 10
Hình 2.23 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu AC/DC tạo nguồn 1 chiều 33
3.1 Thiết kế chế tạo phần cơ khí 41
3.1.1 Dàn khoan 41
3.2.1 Động cơ chạy mũi khoan 43

1
2
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1Giới thiệu chung về hệ thống khoan
Hệ thống khoan được sử dụng phổ biến trong các nhà máy để khoan kim loại
hay phi kim và các vật liệu đơn giản, vật liệu rời. Hệ thống khoan cũng đang được
tự động hóa theo dây chuyền nhất định nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng
nhọc cho người công nhân. Hệ thống này được lập trình điều khiển và giám sát
trên PLC hoặc Vi Điều Khiển để đẩy cao công nghệ sản xuất, độ chính xác cao,
tăng năng suất làm việc lên gấp nhiều lần so với công nghệ thủ công.
Hệ thống điện-khí nén được dùng để đẩy các vật liệu phôi nặng, nhẹ tùy vào
các ngành công nghiệp khác nhau. Trong công nghiệp dùng các xi lanh khí nén để
kẹp chặt để gia công các loại phôi. Ngoài ra cũng có thể dùng xi lanh để đóng nắp
chai tự động, dùng xi lanh làm tay chặn sản phẩm hay đẩy sản phẩm vào thùng…
+ Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, bền, vốn đầu tư không quá lớn và có thể điều
khiển tự động. Làm việc tin cậy và năng suất hơn so với làm thủ công.
+ Nhược điểm: Do là mô hình phục vụ trong việc học tập nên hệ thống khoan
nhỏ, công suất thấp, việc lựa chọn phôi để khoan là phôi gỗ hoặc phôi nhựa.

Với nhược điểm này chúng em sẽ cố gắng sửa và nâng cao phát triển hệ thống
công suất cao hơn như khoan được các loại kim loại hay phi kim để đề tài được
phát triển cao hơn nữa.
1.2 Thực trạng của hệ thống khoan
Nước ta hiện nay đang trong quá trình hội nhập và phát triển nhu cầu về tự
động hóa trong hệ thống điều khiển là rất cần thiết.Mức độ tự động hóa ở nước ta
vẫn ở trình độ thấp chưa phát huy hết thế mạnh của nó.
Chính vì thế mà các sản phẩm được làm ra đạt chất lượng chưa cao và kém
năng suất,nhìn chung trình độ tự động còn phụ thuộc nhiều vào sức người,chưa
thấy được kết quả mà nó đem lại.Đồng thời chúng ta cũng phải tìm hiểu nó một
cách đúng đắn.Do đó,ở phần này chúng ta sẽ biết được cách hoạt động không phải
một cách khái quát mà là một cách cụ thể.
3
Đề tài hướng tới việc nghiên cứu về vi điều khiển kết hợp với điện-khí nén để
điều khiển khoan sản phẩm.Kết quả thực hiện được một phần đáp ứng cho tiềm
năng phát triển mở rộng trong tương lai với hệ thống dây truyền khoan.
Giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế chế tạo và sửa chữa các hệ
thống trong ngành cơ khí, đo lường và điều khiển tự động hóa.Làm quen với lập
trình vi điều khiển,quản lí vận hành thông qua máy tính.
1.3 Ứng dụng của hệ thống trong thực tế hiện nay
- Ứng dụng thành công kiến thức về lý thuyết điện-khí nén, lập trình vi điều khiển
vào thực hành và hoàn thiện kỹ năng nhạy bén cho sinh viên.
- Ứng dụng thực tế trong công nghiệp vào hệ thống cấp phôi và khoan phôi.
- Làm mô hình mẫu cho phòng thực hành khí nén và vi điều khiển cho khoa Điện
– Điện Tử.
1.4 Ý tưởng thiết kế mô hình
Dựa trên nền công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước ngày một phát triển,
chính là đưa các trang bị công nghệ cao vào trong quá trình lao động để thay thế
sức lao động thủ công của con người. Vì vậy, việc thiết kế chế tạo mô hình khoan
phôi và phân loại sản phẩm là rất cần thiết. Vì hệ thống sẽ giúp ta kiểm soát sản

phẩm và sản lượng khi đưa ra ở mỗi dây chuyền sản xuất.
1.5 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động để thiết kế, chế tạo hệ thống
khoan sản phẩm chính xác nhập từ bàn phím.
- Viết chương trình điều khiển hệ thống khoan dùng vi điều khiển.
- Thiết kế hệ thống kẹp phôi và đẩy phôi sau khi khoan xong bằng khí nén, ứng
dụng để điều khiển chạy hệ thống ngoài thực tế.
1.6 Kết luận, ý kiến về đề tài
Đề tài dùng trong học tập dành cho sinh viên các ngành Cơ khí và Điện- Điện
Tử.
Với đề tài này chúng em cũng gặp khá nhiều trong thực tiễn, tuy chỉ là một
khâu trong hệ thống sản xuất tự động. Nhưng cũng đã phần nào cho thấy thực tiễn
của nó. Chúng em sẽ nắm bắt được phần nào những kinh nghiệm thực tiễn khi chế
tạo và lắp đặt một hệ thống cấp phôi và gia công khoan tự động.
Sự cần thiết của những mô hình hệ điều khiển hệ thống sản xuất tự động sẽ
giúp chúng em những sinh viên có thể thực hành và sẽ không cảm thấy bỡ ngỡ khi
ra trường và được làm trong môi trường tương tự .

4
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG HỆ THỐNG KHOAN
2.1 Hệ điều khiển khí nén ứng dụng trong đề tài.
2.1.1 Các yêu cầu chung về khí nén.
+ Trong lĩnh vực điều khiển.
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực
như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa (chất dẻo), hoặc là
được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện điện tử. Ngoài ra hệ thống
điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền tự động , trong các
thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao
bì và trong công nghiệp hóa chất .

+ Các dạng truyền động sử dụng khí nén.
- Các dụng cụ thiết bị máy va đập:
Các thiết bị máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác
than, trong các lĩnh vực xây dựng công trình (xây dựng hầm mỏ, đường hầm).
- Truyền động trục quay:
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá
thành rất cao . Nếu so sánh với giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng
năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì giá thành tiêu
thụ của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn gấp 10 đến 15 lần so
với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng lại nhỏ hơn 30% so với
động cơ cùng công suất.
Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300, máy khoan công suất khoảng
2.5kw, cũng như máy mài có công suất nhỏ nhưng có số vòng quay cao 100.000
v/p thì sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là hợp lý hơn cả.
- Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền
động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói,
trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như phanh hãm
của ô tô.
- Trong các hệ thống đo lường và kiểm tra: Dùng trong các thiết bị đo lường và
kiểm tra chất lượng sản phẩm.
2.1.2 Những đặc trưng của khí nén.
5
- Về số lượng: có sẵn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn.
- Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống với
một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về không cần thiết với khí nén sau
khi sử dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện xong công tác.
- Về lưu trữ: máy nén khí không nhất định phải hoạt động liên tục. Khí nén có
thể được lưu trữ trong các bình khí để cung cấp khi cần thiết.
- Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.
- Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén nên

không mất chi phí cho việc phòng cháy. Khí nén thường hoạt động với áp suất
khoảng 6bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp.
- Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các bụi
bẩn, tạp chất nên thường sạch không có nguy cơ nào về mặt vệ sinh. Tính chất này
rất quan trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm, vải sợi, lâm
sản và thuộc da.
- Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị tự động khác.
- Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc độ
cao (vận tốc làm việc trong các xilanh thường từ 1-2m/s).
- Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của thiết bị công tác bằng khí nén được
điều chỉnh một cách vô cấp.
- Về sự quá tải: các thiết bị và các công cụ được khí nén đảm nhận tải trọng cho
đến khi chúng dưng hoàn toàn nên sẽ không xảy ra quá tải.
2.1.3 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.
+ Ưu điểm:
- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa
khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm
trích chứa khí nén.
- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
- Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí).
- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần
lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
+ Nhược điểm:
- Lực truyền tải trọng thấp .
6
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì
khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển
động thẳng hoặc qua đều.

- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn.
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều
khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác định một
cách chính xác, rõ ràng ưu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển.
Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng
khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện.
2.1.4 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện khí nén
Hình 2.1 Hệ thống điện – khí nén
2.2 Lựa chọn phần tử khí nén.
Tùy thuộc vào từng yêu cầu của bài toán đặt ra để lựa chọn các phần tử điều
khiển hệ thống cho phù hợp. Với yêu cầu đồ án của em là kẹp chi tiết để gia công
em sẽ chọn một số phần tử sau:
2.2.1 Xilanh
Chọn xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn:
7
Hình 2.2 Hình dáng xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn.
Trong mô hình sử dụng:
- 01 xi lanh KSQ 20-200A để đẩy phôi ra khỏi ổ chứa và kẹp chặt phôi
- 01 xi lanh KSQ 20-200A để đẩy phôi sau khi đã gia công xong ra khỏi máng
dẫn.
2.2.2 Chọn van điện từ.
+ Van phân phối 5/2
Van 5/2 có 5 cổng làm việc( vào(1), ra (2, 4) và hai cửa xả riêng cho mỗi
trạng thái (3,5), có hai trạng thái, cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén
hay điện cả hai phía có đặc điểm như các van đã giới thiệu- là một phần tử nhớ hai
trạng thái.
Hình 2.3 Cấu tạo và kí hiệu van điện từ 5/2.
+ Van điện từ AirTac 4V120-06 (2 coil, 5 cửa, 2 vị trí )
Mô tả:
 Loại van: 5 cửa 2 vị trí

 Port size: 1/8"
8
 Áp suất hoạt động :0.15-0.8 MPa.
 Kích thước lỗ: 12mm
2
 Nhiệt độ cho phép: -5~60
0
C
 Chuẩn bảo vệ: IP65
 Khối lượng: 175g
+ Kiểu tác động: Hai đầu điện.
- 02 van điện 5/2 mã số : 4V120-06 dùng để điều khiển các xi lanh.
Hình 2.4 Van Điện Từ 4V120-06 (2 coil, 2 vị trí, 5 vị trí) với các kích thước
9
2.2.3 Van tiết lưu một chiều.
Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu
chấp hành.
Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành
trình của cơ cấu chấp hành nhằm đáp ứng về công nghệ và năng suất. Vì vậy van
tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng kèm theo với
van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có một tiết lưu
một chiều
Hình 2.5 Van tiết lưu một chiều
10
2.3 Vi điều khiển PIC16F877A
2.3.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý PIC16F877A


Sơ đồ chân:
Hình 2.6: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A

11


Sơ đồ nguyên lý:
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý PIC16F877A
=> Nhận xét:
Từ sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như sau:
- PIC16F877A có tất cả 40 chân
- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chân
thạch anh và một chân dùng để RESET cho vi điều khiển.
- 5 PORT của PIC16F877A bao gồm:
+ PORT B: 8 chân
+ PORT C: 8 chân
+ PORT D: 8 chân
+ PORT A: 6 chân
+ PORT E: 3 chân.
2.3.2 Cấu trúc phần cứng của PIC16F877A
12
PIC là tên viết tắt của “ Programmable Intelligent Computer” do hãng General
Instrument đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ. Hãng Micrchip tiếp tục phát
triển sản phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau.
PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất
cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể
học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình.
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau :
- 8K Flash Rom
- 368 bytes Ram
- 256 bytes EFPROM
- 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập
- 2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit

- 1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng lượng
với nguồn xung clock ngoài
- 2 bộ Capture/ Compare/ PWM
- 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
- 2 bộ so sánh tương tự
- 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
- 1 cổng nối tiếp
- 15 nguồn ngắt
13
Hình 2.8 Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A
14
2.3.3 Tổ chức bộ nhớ PIC16F877A
* Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ Flash, dung lượng 8K
word (1 word chứa 14bit) và được phân thành nhiều trang như hình trên.
Để mã hóa được địa chỉ 8K word bộ nhớ chương trình, thanh ghi đếm chương trình
PC có dung lượng 13 bit.
Khi vi điều khiển reset, bộ đếm chương trình sẽ trỏ về địa chỉ 0000h. Khi có ngắt xảy
ra thì thanh ghi PC sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h.
Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ Stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ
đém chương trình.
Hình 2.9 Bộ nhớ chương trình PIC16F877A
15
* Bộ nhớ dữ liệu
Hình 2.10: Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu của PIC 16F877A
Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được chia thành 4 bank. Mỗi bank có dụng lượng
128 byte.
Nếu như 2 bank bộ nhớ dữ liệu của 8051 phân chia riêng biệt : 128 byte đầu tiên thuộc
bank1 là vùng Ram nội chỉ để chứa dữ liệu, 128 byte còn lại thuộc bank 2 là cùng các

thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR mà người dùng không được chứa dữ liệu khác trong
đây thì 4 bank bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được tổ chức theo cách khác.
16
Mỗi bank của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A bao gồm cả các thanh ghi có chức năng
đặc biệt SFR nằm ở các các ô nhớ địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích dùng chung
GPR nằm ở vùng địa chỉ còn lại của mỗi bank thanh ghi. Vùng ô nhớ các thanh ghi mục
đích dùng chung này chính là nơi người dùng sẽ lưu dữ liệu trong quá trình viết chương
trình. Tất cả các biến dữ liệu nên được khai báo chứa trong vùng địa chỉ này.
Trong cấu trúc bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A, các thanh ghi SFR nào mà thường
xuyên được sử dụng (như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank để thuận tiện
trong việc truy xuất. Sở dĩ như vậy là vì, để truy xuất một thanh ghi nào đó trong bộ nhớ
của 16F877A ta cần phải khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó, việc đặt các thanh ghi sử
dụng thường xuyên giúp ta thuận tiên hơn rất nhiều trong quá trình truy xuất, làm giảm
lệnh chương trình.
=>Dựa trên sơ đồ 4 bank bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A ta rút ra các nhận xét như sau :
-Bank0 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 00h đến 77h, trong đó các thanh ghi dùng chung
để chứa dữ liệu của người dùng địa chỉ từ 20h đến 7Fh. Các thanh ghi PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD, PORTE đều chứa ở bank0, do đó để truy xuất dữ liệu các thanh ghi này
ta phải chuyển đến bank0. Ngoài ra một vài các thanh ghi thông dụng khác ( sẽ giới thiệu
sau) cũng chứa ở bank0
- Bank1 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 80h đến FFh. Các thanh ghi dùng chung có địa
chỉ từ A0h đến Efh. Các thanh ghi TRISA, TRISB, TRISC, TRISD, TRISE cũng được
chứa ở bank1
- Tương tự ta có thể suy ra các nhận xét cho bank2 và bank3 dựa trên sơ đồ trên.
Cũng quan sát trên sơ đồ, ta nhận thấy thanh ghi STATUS, FSR… có mặt trên cả 4 bank.
Một điều quan trọng cần nhắc lại trong việc truy xuất dữ liệu của PIC16F877A là : phải
khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó. Nếu thanh ghi nào mà 4 bank đều chứa thì không
cần phải chuyển bank.
17
* Các vấn đề về Timer

PIC16F877A có tất cả 3 timer : timer0 (8 bit), timer1 (16 bit) và timer2 (8 bit).


Timer0
Hình 2.11 Sơ đồ khối của Timer0
Cũng giống như 8051, Timer0 của 16F877A cũng có 2 chức năng : định thời và đếm
xung. 2 chức năng trên có thể được lựa chọn thông qua bit số 5 TOCS của thanh ghi
OPTION.
Ngoài ra, ta cũng có thể lựa chọn cạnh tích cực của xung clock, cạnh tác động ngắt…
thông qua thanh ghi trên.
Timer0 được tích hợp thêm bộ tiền định 8 bit (prescaler), có tác dụng mở rộng “dung
lượng” của Timer0. Bộ prescaler này có thể được điều chỉnh bởi các 3 bit PS2:PS0 trong
thanh ghi OPTION. Nó có thể có giá trị 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64, 1:128, 1:256 tùy
thuộc vào việc thiết lập các giá trị 0 ,1 cho 3 bit trên.
Bộ tiền định có giá trị 1:2 chẳng hạn ,có nghĩa là : bình thường không sử dụng bộ tiền
định của Timer0 (đồng nghĩa với tiền định tỉ lệ 1:1) thì cứ khi có tác động của 1 xung
clock thì timer0 sẽ tăng thêm một đơn vị. Nếu sử dụng bộ tiền định 1:4 thì phải mất 4
18
xung clock thì timer0 mới tăng thêm một đơn vị. Vô hình chung, giá trị của timer0 (8 bit)
lúc này không còn là 255 nữa mà là 255*4=1020.
Các thanh ghi liên quan đến Timer0 bao gồm :
- TMR0 : chứa giá trị đếm của Timer0
- INTCON : cho phép ngắt hoạt động
- OPTION_REG : điều khiển prescaler


Timer1
Hình 2.12 Sơ đồ khối của Timer1
Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh ghi 8 bit
TMR1H:TMR1L. Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF, bit điều khiển của Timer1 là

TRM1IE.
Cặp thanh ghi của TMR1 sẽ tăng từ 0000h lên đến FFFFh rồi sau đó tràn về 0000h.
Nếu ngắt được cho phép, nó sẽ xảy ra khi khi giá trị của TMR1 tràn từ FFFFh rồi về
0000h, lúc này TMR1IF sẽ bật lên.
Timer1 có 3 chế độ hoạt động :
- Chế độ hoạt động định thời đồng bộ : Chế độ được lựa chọn bởi bit TMR1CS.
Trong chế độ này xung cấp cho Timer1 là Fosc/4, bit T1SYNC không có tác dụng.
- Chế độ đếm đồng bộ : trong chế độ này, giá trị của timer1 sẽ tăng khi có xung
cạnh lênh vào chân T1OSI/RC1. Xung clock ngoại sẽ được đồng bộ với xung clock nội,
hoạt động đồng bộ được thực hiện ngay sau bộ tiền định tỉ lệ xung (prescaler).
19
- Chế độ đếm bất đồng bộ :chế độ này xảy ra khi bit T1SYNC được set. Bộ định
thời sẽ tiếp tục đếm trong suốt quá trình ngủ của vi điều khiển và có khả năng tạo một
ngắt khi bộ định thời tràng và làm cho Vi điều khiển thoát khỏi trạng thái ngủ.


Timer2
Timer 2 là bộ định thời 8 bit bao gồm một bộ tiền định (prescaler), một bộ hậu định
Postscaler và một thanh ghi chu kỳ viết tắt là PR2. Việc kết hợp timer2 với 2 bộ định tỉ lệ
cho phép nó hoạt động như một bộ đinh thời 16 bit. Module timer2 cung cấp thời gian
hoạt động cho chế độ điều biến xung PWM nếu module CCP được chọn.
Hình 2.13 Sơ đồ khối của Timer2
2.3.4 Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A
a. PORTA:
-PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin.Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin),
nghĩa là có thể xuất và nhập được.Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi
TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta
“set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn
xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương
ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các

PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với
PORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD vàđối với
PORTE là TRISE).
-Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :
20
 Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang
Digital
 Ngõ vào điện thế so sánh
 Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các
nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…
 Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
- Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:
PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA.
TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập.
CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh.
CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp.
ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC.
b. PORTB:
- PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB.
- Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương
trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn liên quan đến ngắt
ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được
điều khiển bởi chương trình.
- Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:
PORTB (địa chỉ 06h, 106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB
TRISB (địa chỉ 86h, 186h) : điều khiển xuất nhập
OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0.
c. PORTC:
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự điều khiển
của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.

Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử
dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART
21
d.PORTD:
-PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output của
PORTD tương tự như trên.PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp song
song PSP (Parallel Slave Port).
-Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:
Thanh ghi PORTD: chứa giá trị các pin trong PORTD.
Thanh ghi TRISD: điều khiển xuất nhập.
Thanh ghi TRISE: điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP.
e.PORTE:
-PORTE có 3 chân.Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE.Các chân của
PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn
giao tiếp PSP.
-Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:
PORTE: chứa giá trị các chân trong PORTE.
TRISE: điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.
ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC.
2.4 GIỚI THIỆU LCD 16X2
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất
nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác.
Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa
vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ
thống và giá thành rẻ …
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp
vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên

như hình 2.14:
22
Hình 2.14: Sơ đồ chân của LCD
Chức năng các chân :
23
Chân Ký hiệu Mô tả
1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của
mạch điều khiển.
2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC=5V của mạch điều khiển.
3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0”
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write)
hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong
LCD.
5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0”
để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế
độ đọc.
6 E Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-
DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận)
thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition)
của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện
cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến
khi nào chân E xuống mức thấp.
7 - 14 DB0 DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2
chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là
bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit
MSB là DB7
15 - Nguồn dương cho đèn nền
16 - GND cho đèn nền
24
2.5 Encoder
Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc được góc
quay của motor. Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của motor
bao gồm tachometer, dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder.
Trong đó 2 phương pháp đầu tiên là phương pháp analog và dùng optiacal encoder
(encoder quang) thuộc nhóm phương pháp digital. Hệ thống optical encoder bao gồm một
nguồn phát quang (thường là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang và một đĩa có
chia rãnh. Optical encoder lại được chia thành 2 loại: encoder tuyệt đối (absolute optical
encoder) và encoder tương đối (incremental optical encoder).
Trong đa số các DC Motor, incremental optical encoder được dùng và mô hình động cơ
servo.
Hình 2.15: Optical Encoder
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index).
Trong hình 2 ta thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phat-
thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay được
một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên
qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế kênh I xuất
hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh
nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt
động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor,
có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải
25