Điều khiển động cơ DC servo

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
1

LỜI CẢM ƠN



Trước hết chúng em xin cảm ơn Khoa Kỹ Thuật – Công nghệ đã tạo điều kiện
để chúng em có thể cọ xát với thực tế cũng như đánh giá được năng lực và trình độ
của bản thân mình.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy VŨ THẾ ĐẢNG đã tận tình
hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Và chúng em cũng xin gửi đến các Thầy Cô, bạn bè, và đồng nghiệp đã chân
tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến trong quá trình thực hiện đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Bình Dương, tháng 05 năm 2012.





Sinh viên thực hiện
.

Lê Duy Tân
Võ Duy Khánh

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
2

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Bình Dương, ngày tháng năm 2012
Ký tên



Vũ Thế Đảng
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
3

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 3
LỜI NÓI ĐẦU 4
PHẦN GIỚI THIỆU 5
Chương I. Đặt vấn đề 5
1. Tình hình nghiên cứu 5
2. Công việc thực tế của đồ án 5
3. Sơ đồ khảo sát, mô tả thực tế 6
PHẦN NỘI DUNG 7
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 7
A. PHẦN CỨNG 7
I. VI ĐIỀU KHIỂN 7
Tổng quan về vi điều khiển AT89S52 7
II. CÁC THIẾT BỊ KHÁC TRONG MẠCH 20

2.1. Động cơ bước: 20
2.2. Optical encoder: 22
2.3. IC L298: 23
2.4. IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp 5v) 24
B. PHẦN MỀM 26
1. Phần mềm mô phỏng mạch: Phần mềm Proteus 7 Professional 26
2. Phần mềm lập trình: KeilC compiler 27
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ TỔNG QUÁT PHẦN CỨNG 28
I. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 28
1. Sơ đồ khối tổng quát 28
2. Sơ lược chức năng của từng khối 28
2.1. Khối nguồn 28
2.2. Khối Reset 29
2.3. Khối điều khiển: 29
2.4. Khối tạo xung dao động: Sử dụng thạch anh 12MHz 30
2.5. Khối điều khiển trung tâm 30
2.6. Khối hiện thị LCD 30
2.7. Khối khuếch đại công suất 31
2.8. Khối chấp hành: động cơ DC 31
II. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 32
1. Sơ đồ giải thuật của chương trình 32
2. Code lập trình cho vi điều khiển 35
3. Nguyên lý hoạt động của mạch 35
4. Sơ đồ mạch in 36
5. Board mạch hoàn chỉnh 37
PHẦN 3. KẾT LUẬN 38
I. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC. 38
II. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI: 38
III. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
4


LỜI NÓI ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra theo sự tiến
bộ của khoa học kĩ thuật. Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và
cũng có những thách thức đặt ra cho giới trí thức .
Điện tử và đặc biệt là vi xử lý là một lĩnh vực mới mà ở nước ta đang nghiên
cứu và từng bước phát triển để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần nâng cao
năng suất lao động .
Do vậy là sinh viên với chuyên ngành kỹ thuật điện tử cần phải nắm vững kiến
thức và kĩ năng từ đơn giản đến phức tạp như trong các hệ thống điều khiển đóng mở
cửa xe hơi, máy bay, robot, Rèn luyện kĩ năng lập trình trên các hệ thống sử dụng vi
điều khiển trong các hệ thống công nghiệp và các ứng dụng trong sinh hoạt và sản
xuất.
Tuy nhiên do thời gian và kiến thức chúng em còn hạn chế nên không tránh khỏi
sự thiếu sót, mong Thầy Cô và các bạn thông cảm.
Em xin chân thành cảm ơn !
Bình Dương, tháng 05 năm 2012
Nhóm sinh viên thực hiện !!!
Lê Duy Tân
Võ Duy Khánh

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
5

PHẦN GIỚI THIỆU

Chương I. Đặt vấn đề
1. Tình hình nghiên cứu
Điều khiển động cơ DC là một ứng dụng thuộc dạng cơ bản nhất của điều khiển tự
động vì động cơ DC một cơ cấu chấp hành (actuator) được dùng nhiều nhất trong các
hệ thống tự động như robot, các mô hình máy bay, xe hơi, các cơ cấu truyền động yêu
cầu tính chính xác trong các máy móc,…
Điều khiển được động cơ DC là chúng ta có thể tự xây dựng được cho mình rất
nhiều hệ thống tự động. Vậy câu hỏi đặt ra ở đây là làm sao chúng ta có thể biết được
tốc độ của động cơ và làm thế nào để điều chỉnh được nó?.
Chính vì những lý do đó, nên nhóm em quyết định chọn đề tài “ Điều khiển động
cơ DC servo” để phát huy thêm khả năng của mình và góp phần nhỏ vào cho đời sống
xã hội.
2. Công việc thực tế của đồ án
• Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng vi điều khiển vào thực tế nên trong đồ án
sử dụng các phần tử cơ bản như:
o Vi điều khiển họ Atmel 8051
o Động cơ DC 12V có gắn encorder để đọc số vòng quay.
o Nút nhấn để điều khiển.
o Vi điều khiển phát xung PWM để điều chỉnh vận tốc động cơ.
o LCD để hiện thị dữ liệu ( vận tốc của động cơ).
o Dùng mạch cầu H để khuếch đại công suất điều khiển động cơ (vì ngõ ra
của vi điều khiển chỉ ở mức logic ≤ 5V không đủ để cấp cho động cơ hoạt đông).

Người sử dụng sẽ điều chỉnh tốc độ của động cơ thông qua nút nhấn vào vi điều

khiển, vận tốc của động cơ sẽ được hiển thị lên LCD thông qua encorder.






Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
6

3. Sơ đồ khảo sát, mô tả thực tế

E
BTN4
SW302
BUTTON
+
C101
10uF
U101
7805
1 3
2
VIN VOUT
GND
LCD501 LCD 16X2
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VSS
VDD
VEE
RS
R/W
E
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
VDD (BL)
VSS (BL)
BTN1

J101
12V
1
2
VCC
+
C201
10uF
VCC
R101
330
L298_IN2
C202
33pF
BTN5
L298_IN1
D101
LED
SW301
BUTTON
VCC
J102
12V
1
2
V12
VCC
BTN1
RS
D6

RP201 10k
2
3
4
5
6
7
8
9
1
VCC
L298_IN1
D4
SW305
BUTTON
VCC
D5
SW303
BUTTON
+
C102
10uF
D5
MCU201
AT89S52
29
30
40
20
31

19
18
9
39
38
37
36
35
34
33
32
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12

13
14
15
16
17
PSEN
ALE/PROG
VCC
GND
EA/VPP
X1
X2
RST
AD0/P0.0
AD1/P0.1
AD2/P0.2
AD3/P0.3
AD4/P0.4
AD5/P0.5
AD6/P0.6
AD7/P0.7
T2/P1.0
T2X/P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
(MOSI) P1.5
(MISO) P1.6
(SCK) P1.7
A8/P2.0

A9/P2.1
A10/P2.2
A11/P2.3
A12/P2.4
A13/P2.5
A14/P2.6
A15/P2.7
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
D7
VCC
L298_IN2
VCC
BTN2
BTN3
E
J401
ENCODER
1
2
3
D4
RS
SW304

BUTTON
U401
L298
8
9
4
5
7
10
12
6
11
1
15
2
3
13
14
GND
VCC
VS
IN1
IN2
IN3
IN4
ENA
ENB
SENSA
SENSB
OUT1

OUT2
OUT3
OUT4
Y201
12MHz
C203
33pF
R201
10k
BTN3
BTN5
BTN2
D7
V12
ENCODER
R501
10k
SW201
RST
D6
J402
MOTOR
1
2
ENCODER
BTN4

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của mạch
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
7

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

A. PHẦN CỨNG
I. VI ĐIỀU KHIỂN
Tổng quan về vi điều khiển AT89S52
Vi điều khiển 89S52 là một vi điều khiển của hãng Atmel, dung CMOS có công suất
thấp, hiệu suất cao. Với

 8 KB Flash Memory
 256 Byte RAM nội
 4 Port xuất nhập I/O 8 bit
 2 con trỏ dữ liệu, 3 bộ định thời timer/counter 16 bit.
 1 kiến trúc 6 vector ngắt với 2 mức, 1 bộ dao động và 1 mạch xung clock.
 Giao tiếp nối tiếp
 64 KB vùng nhớ mã ngoài
 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
 Xử lý Boolean ( hoạt động trên bit đơn)
 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
 4µs cho hoạt động nhân hoặc chia.
Thêm vào đó, vi điều khiển 89S52 còn được thiết kế với logic tĩnh để có thể hoạt động
đến tần số 0Hz và được hổ trợ 2 chế độ tiết kiệm năng lượng có thể lựa chọn được
bằng phần mềm. Chế độ không tải (Idle mode) dừng CPU trong khi cho phép RAM,
Timer/Counter, Port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ tắt nguồn (
Power down mode) lưu trữ dữ liệu trong RAM nhưng đóng băng bộ dao động, dừng
hoạt động các chức năng khác của Chip cho đến khi ngắt xảy ra hoặc phần cứng được
Reset.






Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
8

2.1. Sơ đồ chân AT89S52

XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1
38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36

P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0/T2
1
P1.1/T2EX
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD
10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12

P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1
15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
U3
AT89C52
Hình
3

.
Hình dạng thực tế IC 89S52


Hình 2. Sơ đồ chân IC 89S52
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
9











Hình
4.
Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển AT 89S52
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
10




Chức năng các chân IC AT89S52:

 Chân 29 (PSEN – Program Store Enable): là chân tín hiệu ngỏ ra có tác
dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến
chân OE của Eprom, cho phép đọc các byte mã lệnh.
 Chân 30 (ALE: Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra, nó cho
phép phân kênh bus địa chỉ và bus dữ liệu của port 0.
 Chân 31 (EA: Eternal Acess) được đưa xuống thấp cho phép chon bộ nhớ
mã ngoài
 32 chân còn lại chia làm 4 cổng vào ra:
Vào ra tức là có thể dùng chân đó để đọc mức logic.
 Port 0: từ chân 32 đến chân 39 tương ứng là các chân P0_0 đến P0_7, có 2
chức năng:
• Trong thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng, có chức năng
như đường I/O.
• Đối với các hệ thống lớn có bộ nhớ mở rộng nó vừa là bus địa chỉ
byte thấp vừa là bus dữ liệu để truy cập bộ nhớ ngoài.
 Port 1: từ chân 1 đến chân 9 tương ứng là các chân P1_0 đến P1_7
 Port 2: từ chân 21 đến chân 28 tương ứng là các chân P2_0 đến P2_7: là
Port có tác dụng kép như các đường I/O hoặc là byte cao (A8 – A15) của
bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.
 Port 3: từ chân 10 đến chân 17 tương ứng là các chân P3_0 đến P3_7P3.0 –
RxD : chân nhận dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232(Cổng COM). P3.1 _
TxD : phần truyền dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232.
P3.2 _ INTO : interrupt 0 , ngắt ngoài 0.
P3.3 _ INT1: interrupt 1, ngắt ngoài 1.
P3.4 _T0 : Timer0 , đầu vào timer0.
P3.5_T1 : Timer1, đầu vào timer 1.
P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi dữ liệu.
P3.7 _RD: Read , điều khiển đọc dữ liệu.
 Chân 18, 19 nối
với

thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK. Tần
số thạch anh thường được dùng trong các ứng dụng là : 11.0592Mhz(giao tiếp
với
cổng com máy tính) và tần số tối đa 24Mhz. Tần số càng
lớn
VĐK xử lý
càng nhanh.
 Chân 9 (RST – Reset): Khi tín hiệu này đưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ
máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ
thống. Khi cấp điện cho hệ thống thì mạch tự động reset.





Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
11











Trạng thái tất cả các thanh ghi của 8051 sau khi reset:

Thanh ghi
Nội dung
Đếm chương trình
Tích lũy
B
PSW
SP
DPTR
Port 0-3
IP
IE
Các thanh ghi định thời
SCON
SBUF
PCON(HMOS)
PCON(CMOS)
0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XXX00000B
0XX00000B
00H
00H
00H
0XXXXXXB

0XXX0000B

Quan trọng nhất trong các thanh ghi trên là thanh ghi đếm chương trình, nó được
đặt lại 0000H. Khi Reset trở lại mức thấp, việc thi hành chương trình luôn bắt đầu ở
địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ chương trình: địa chỉ 0000H, nội dung của RAM trên
chip không bị thay đổi bởi lệnh Reset.
 Chân 18, 19(XTAL1,XTAL2): nối
với
thạch anh tạo thành mạch tạo dao
động cho VĐK. Tần số thạch anh thường dùng trong các ứng dụng là :
11.0592Mhz(giao tiếp
với
cổng com máy tính) và 12Mhz Tần số tối đa
24Mhz. Tần số càng
lớn
VĐK xử lí càng nhanh.

+5V
+5V
100
8,2K
10UF
Hình 5. Mạch Reset hệ thống
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
12

 Chân 40, 20 ( VCC, GND): cấp nguồn và nối đất cho vi điều khiển.
2.2. Tổ chức bộ nhớ bên trong vi điều khiển 89S52
 RAM bên trong 89S52 được phân chia như sau:
 Các bank thanh ghi có địa chỉ tử 00H đến 1FH
 RAM truy xuất từng bit có địa chỉ 20H đến 2FH
 RAM đa dụng từ 30H đến 7FH
 Các thanh ghi có chức năng đặc biệt tử 80H đến FFH bao gồm:
- Thanh ghi trạng thái chương trình ( PSW: Program Status Word)
- Thanh ghi B
- Thanh ghi con trỏ ngăn xếp (SP1, SP2: Stack Pointer).
- Thanh ghi con trỏ dữ liệu (DPH, DPL).
- Các thanh ghi Port xuất nhập (P0, P1, P2, P3).
- Các thanh ghi Timer/ Counter.
- Các thanh ghi Port nối tiếp (SBUF, SCON)
- Các thanh ghi ngắt (IE, IP)
- Thanh ghi điều khiển công suất (PCON)









Hình 6. Xung dao động thạch anh
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
13

Bảng tóm tắt các vùng nhớ của 8051


7F

FF


F0

F7

F6

F5

F4

F
3
F2

F1

F0 B

RAM đa dụng

E0

E7

E6

E5

E4

E
3
E2

E1

E0 ACC

D0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

PSW

30

B8

- - - BC

BB

BA

B9

B8

IP
2F 7F

7E

7D

7C

7B

7A

79 78
2E

77 76 75 74 73 72 71 70 B0

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

P.3
2D

6F

6E

6D

6C

6B

6A

69 68
2C

67 66 65 64 63 62 61 60
A8

AF


AC

AB

AA

A9

A8

IE
2B

5F

5E

5D

5C

5B

5A

59 58
2A

57 56 55 54 53 52 51 50
A0

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

P2
29 4F

4E

4D

4C

4B

4A

49 48
28 47 46 45 44 43 42 41 40 99
không được địa chỉ hóa bit
SBUF
27 3F

3E

3D

3C

3B

3A

39 38 98
9F 9E 9D

9C

9B

9A

99 98
SCON
26 37 36 35 34 33 32 31 30


25 2F

2E

2D

2C

2B

2A

29 28 90
97 96 95 94 93

92

91 90
P1
24 27 26 25 24 23 22 21 20


23 1F

1E

1D

1C

1B

1A

19 18 8D

không được địa chỉ hóa bit
TH1
22 17 16 15 14 13 12 11 10 8C

không được địa chỉ hóa bit
TH0

21 0F

0E

0D

0C

0B

0A

09 08 8B

không được địa chỉ hóa bit
TL1
20 07 06 05 04 03 02 01 00 8A

không được địa chỉ hóa bit
TL0
1F Bank 3 89

TMOD
18 88
8F 8E 8D

8C

8B

8A

89 88
TCON
17 Bank 2 87
không được địa chỉ hóa bit

PCON
10


0F Bank 1 83
không được địa chỉ hóa bit

DPH
08 82
không được địa chỉ hóa bit

DPL
07 Bank thanh ghi 0 81
không được địa chỉ hóa bit

SP
00
(mặc định cho R0-R7)
80
87 86 85 84 83

82

81 80
P0





Địa chỉ
Byte

Địa chỉ bit
Địa chỉ bit
Địa chỉ
Byte

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
14

3. Hoạt động định thời
3.1. Giới thiệu
Các bộ định thời (Timer) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường và
điều khiển. Tùy thuộc vào ứng dụng đầu vào của bộ định thời có thể là nguồn xung lấy
từ xung nhịp của vi điều khiển hoặc nguồn xung từ bên ngoài đưa đến.
Vi điều khiển họ 8051 có ba bộ định thời 16 bit trong đó hai bộ Timer 0 và Timer 1
có bốn chế độ hoạt động, còn Timer 2 có ba chế độ hoạt động.
3.2. Các thanh ghi của bộ định thời.
3.2.1. Các thanh ghi của Timer 0 và Timer 1.
o Thanh ghi chế độ định thời TMOD: Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit
dùng để đặt chế độ làm việc cho Timer 0 và Timer 1

Bit Name Timer Description
7 GATE 1 Khi GATE = 1, Timer chỉ làm việc khi INT = 1
6 C/T 1 Bit đếm sự kiện hay ghi giờ
C/T = 1: Đếm sự kiện
C/T = 0: Ghi giờ đều đặn
5 M1 1 Bit chọn Mode của Timer 1
4 M0 1 Bit chọn Mode của Timer 1
3 GATE 0 Bit chọn cổng của Timer 0
2 C/T 0 Bit chọn chế độ Timer/Counter của Timer 0
1 M1 0 Bit chọn Mode của Timer 0
0 M0 0 Bit chọn Mode của Timer 0

o Thanh ghi điều khiển Timer TCON: Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái
điều khiển cho Timer 0 và Timer 1.

Bit Symbol Bit
Address
Description
TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn của Timer1, được đặt bởi phần
cứng khi có tràn, được xóa bởi phần mềm
hoặc bởi phần cứng khi bộ xử lý chỉ đến
chương trình phục vụ ngắt.
TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển Timer 1 hoạt động, được đặt/
xóa bằng phần mềm để điều khiển cho Timer
chạy/dừng
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
15

TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0
TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển Timer 0 hoạt động
TCON.3 IE1 8BH Cờ ngắt do Timer 1.
TCON.2 IT1 8AH Cờ ngắt ngoài 1.
TCON.1 IE0 89H Cờ ngắt do Timer 0
TCON IT0 88H Cờ ngắt ngoài 0

3.2.2. Các thanh ghi của Timer 2.
o Thanh ghi T2CON
o Thanh ghi T2MOD: có địa chỉ 0C9H, thanh ghi này không định địa chỉ bit.
o Thanh ghi TH2 và TL2, RCAP2H và RCAP2L: Thanh ghi TH2 và TL2 chứa
giá trị đếm của Timer 2, còn RCAP2H và RCAP2L chứa giá trị cần nạp lại của Timer
2.
3.3. Chế độ của bộ định thời
3.3.1 Các chế độ của Timer 0 và Timer 1.
- Mode 0 (mode Timer 13 bit): là chế độ định thời 13 bit, chế độ này tương thích
với các bộ vi điều khiển trước đó, trong các ứng dụng hiện nay, chế độ này không còn
thích hợp.









- Mode 1 (Mode Timer 16 bit): trong chế độ 1, bộ Timer dùng cả 2 thanh ghi TH
và TL để chứa giá trị đếm, vì vậy chế độ này còn được gọi là chế độ định thời 16 bit.

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
16

- Mode 2(chế độ 8 bit tự nạp lại): Timer dùng TL để chứa giá trị đếm và TH để
chứa giá trị nạp lại vì vậy chế độ này được gọi là chế độ tự nạp lại 8 bit. Cách điều
khiển giống chế độ 1.

- Mode 3(Chế độ tách Timer): Timer 0 được tách thành 2 bộ Timer hoạt động
độc lập, chế độ này sẽ cung cấp cho vi điều khiên thêm một Timer nữa.




3.3.2 Các chế độ của Timer 2: có 3 chế độ hoạt động là chế độ thu nhận, tự nạp
lại và cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp.

RCLK+TCLK

TR2 CP/#RL2 Chế độ
0 0 1 16 – bit Auto – reload: 16 bit tự nạp lại
0 1 1 16 – bit – capture: 16 bit thu nhận
1 X 1 Baud rate Generator: cung cấp tốc độ baud
X X 0 (Off)

chế độ thu nhận (capture):

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
17

chế độ tự nạp lại





- Chế độ cung cấp tốc độ Baud








Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
18

4. Hoạt động truyền dữ liệu của Vi điều khiển 89S52
4.1 Giới thiệu.
Truyền dữ liệu nối tiếp của MCS 51 có thể hoạt động ở nhiều kiểu riêng biệt
trong phạm vi cho phép của tần số. Dữ liệu dạng song song được chuyển thành nối tiếp
để truyền đi và nhận về dạng nối tiếp được chuyển thành song song.
Chân TXD (P3.1) là ngõ xuất dữ liệu đi và chân RXD (P3.1) là ngõ nhận dữ liệu

về.
Đặc trưng của truyền dữ liệu nối tiếp là hoạt động song công nghĩa là có thể thực
hiện truyền và nhận cùng 1 lúc.
Hai thanh ghi chức năng đặc biệt phục vụ cho truyền dữ liệu là thanh ghi đệm
SBUF và SCON. Thanh ghi đệm SBUF nằm ở địa chỉ 99H có 2 chức năng: nếu vi điều
khiển gửi dữ liệu lên thanh ghe SBUF thì dữ liệu đó sẽ được truyền đi, nếu hệ thống
khác gửi dữ liệu đến thì sẽ được lưu vào thanh ghi đệm SBUF.

4.2 Các thanh ghi cổng nối tiếp
Có 2 thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mềm truy xuất đến cổng nối tiếp
là SBUF và SCON
- Thanh ghi SCON ( Serial Controller): Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp ở địa
chỉ 98H, là thanh ghi có định địa chỉ bit, chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển
liên quan tới cổng nối tiếp. Các bit điều khiển đặt chế độ hoạt động cho cổng nối tiếp,
các bit trạng thái báo cáo kết thúc việc phát hoặc thu một ký tự.
- Thanh ghi SBUF ( Serial buffer): Thanh ghi này có chức năng đệm các ký tự
khi chúng được nhận về từ cổng nối tiếp hoặc được truyền đi từ cổng nối tiếp, việc
truyền nhận qua cổng nối tiếp thực chất là việc truy xuất thanh ghi này
4.3 Các chế độ hoạt động
- Chế độ 0: chế độ mà cổng nối tiếp được dùng như một hanh ghi dịch 8 bit. Dữ
liệu truyền nhận trên chân RXD và TXD. Tốc độ baud cố định bằng F
osc
/12.
- Chế độ 1: Cổng nối tiếp hoạt động như bộ UART 8 bit có tốc độ thay đổi. Dữ
liệu truyền nhận trên chân RXD và TXD, chế độ này cung cấp cho vi điều khiển một
công cụ giao tiếp với máy tính qua cổng COM.
- Chế độ 2: Cổng nối tiếp hoạt động như bộ UART 9 bit, chế độ này thường
được dùng khi cần chèn thêm bit kiểm tra chẵn lẻ vào trong khung truyền để giảm bớt
lỗi trên đường truyền.
- Chế độ 3: Là sự kết hợp của chế độ 1 và chế độ 2.

4.4 Trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp
 Bao gồm các thao tác chính như sau:
 Khởi tạo cổng nối tiếp.
 Kiểm tra cờ TI khi truyền và cờ RI khi nhận.
 Ghi đọc byte dữ liệu ở SBUF.

5. Hoạt động ngắt và xử lý ngắt:
 Trong thực tế người ta muốn tận dụng khả năng của CPU để làm thêm nhiều công
việc khác nữa, chỉ khi nào có cần trao đổi dữ liệu mới cần yêu cầu CPU tạm dừng công
việc hiện tại để phục vụ việc trao đổi dữ liệu. Vì vậy 1 hệ thống sử dụng ngắt có thể đáp
ứng nhanh các yêu cầu trao đổi dữ liệu trong khi vẫn có thể làm được các công việc khác.

 Tổ chức ngắt ở AT89S52 bao gồm:
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
19

- Ngắt ngoài đến từ chân #INT0.
- Ngắt ngoài đến từ chân #INT1.
- Ngắt do bộ Timer0.
- Ngắt do bộ Timer1.
- Ngắt do bộ Timer2.
- Ngắt do Port nối tiếp.
Sáu nguồn ngắt này được xóa khi reset và được đặt riêng bằng phần mềm bởi các bit
trong thanh ghi cho phép ngắt IE và thanh ghi ưu tiên ngắt IP.

6. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)
- Phương pháp điều chế PWM ( Pulse Width Modulation) là phương pháp điều
chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ
rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ngõ ra.

- Chúng ta sử dụng bộ Timer 16 bit của vi điều khiển để tạo ra xung có tỷ số độ
rộng như mong muốn.
7. Giải thuật điều khiển PID
- PID là viết tắt của Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân) và Derivative (đạo
hàm).





Kp = hệ số tỉ lệ
Ki = hệ số tích phân
Kd = h
ệ số vi phân
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh

20

- Biến “e” là thành phần sai lệch, là hiệu giữa tín hiệu vào mong muốn và tín hiệu
ra thực tế. Tín hiệu sai lệch (e) sẽ đưa tới bộ PID và bộ điều khiển tính toán cả thành
phần tích phân lẫn vi phân của (e).

- Đặc tính bộ điều khiển PID:
 Thành phần tỉ lệ (Kp) có tác dụng làm tăng tốc độ đáp ứng của hệ thống, và
làm giảm chứ không triệt tiêu sai số xác lập của hệ
 Thành phần tích phân (Ki) có tác dụng triệt tiêu sai số xác lập nhưng có thể
làm giảm tốc độ đáp ứng của hệ.
 Thành phần vi phân (Kd) là tăng độ ổn định hệ thống, giảm độ vọt lố và cải
thiện tốc độ đáp ứng của hệ

II. CÁC THIẾT BỊ KHÁC TRONG MẠCH
2.1. Động cơ bước:
- Động cơ bước là một cơ cấu chấp hành rất thông dụng trong các ứng dụng điều
khiển chính xác.
- Động cơ bước được chia làm nhiều loại như động cơ biến tử trở, động cơ đơn
cực, động cơ hai cực và động cơ nhiều pha.
o Động cơ biến từ trở: có 3 cuộn dây, được nối một đầu chung lại vơi nhau
(C), khi sử dụng thì đầu nối chung (C) được nối vào dương nguồn và các cuộn
được kích theo thứ tự.

o Động cơ bước đơn cực: Cấu tạo có 5,6 hoặc 8 dây ra, được quấn theo sơ
đồ (hình bên dưới), với 1 đầu nối trung tâm trên các cuộn. Khi dùng, các đầu nối
trung tâm thường được nối vào cực dương nguồn và hai đầu còn lại của mỗi mấu
lần lượt nối đất để đảo chiều tử trường bởi cuộn đó.
Hình 7
. Động cơ biến từ trở
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
21

o













o Động cơ bước hai cực: Các cuộn dây của động cơ hai cực giống như động
cơ đơn cực nhưng không có đầu nối ở trung tâm 2 cuộn, vì vậy đơn giản hơn
nhưng mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn.
Mạch điều khiển cho động cơ này đòi hỏi phải có mạch điều khiển cầu H cho mỗi
mấu.

o Động cơ nhiều pha: động cơ này không được phổ biến như các động cơ
trên, các cuộn dây của nó được quấn nối tiếp thành các vòng kín.


Hình
8.
Động cơ bước đơn cực
Hình
9.
Động cơ bước hai cực
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
22



2.2. Optical encoder:
o Encoder là thiết bị quản lý số vòng quay, quản lý vị trí góc của một đĩa quay,
đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ,…
o 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.

o Có hai loại encoder: encoder tuyệt đối (absolute encoder) và encoder tương đối
(incremental encoder).
 Trong đề tài này chúng em tìm hiểu incremental encoder.
- Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra): kênh A, B và I (Index)
Hình
10.
Động cơ bước nhiều pha
Optical encoder
Hình
11.
Optical encoder
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
23





- Hình trên cùng trong hình trên thể hiện sự bố trí của 2 cảm biến kênh A và
kênh B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đàu bị che thì cảm biến B hoàn toàn
nhận được hồng ngoại xuyên qua và ngược lại. Hình bên dưới là dạng xung ngõ ra
của 2 kênh.

2.3. IC L298:
Là IC bán dẫn tích hợp mạch cầu H để điều khiển công suất động cơ, tất cả mạch
kích, mạch cầu đều được tích hợp sẵn

Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
24

+ 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



•
Tần công suất ngõ ra
:
IC L298 tích hợp 2 tầng công suất (A, B). Tần công suất chính là mạch cầu và ngõ ra
của nó có thể lái các loại tải cảm thông dụng ở nhiều chế độ hoạt động khác nhau
(tùy thuộc vào sự điều khiển ở ngõ vào) .
Dòng điện từ chân ngõ ra chảy qua tải đến chân cảm ứng dòng : điện trở ngoài R
SA
,
R
SB
cho phép việc cảm ứng cường độ dòng điện này.

•
Tần ngõ vào
:
Mỗi cầu được điều khiển bởi 4 cổng ngõ vào In1, In2, EnA, và In3, In4, EnB. Các chân
In có tác dụng khi chân En ở mức cao, khi chân En ở mức thấp, các chân ngõ vào In
ở trạng thái cấm. Tất cả các chân đều tương thích với chuẩn TTL.

2.4.
IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp 5v)

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn
áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp
thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V,
7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh
họa cho IC ổn áp 7805:

Hình 12. Mạch cầu H
Đồ án môn học 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Trường Đại Học Trà Vinh
25

Sơ đồ chân 7805:
Chân số 1 là chân IN
Chân số 2 là chân GND
Chân số 3 là chân OUT.

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này
dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt
động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện
vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không
đổi.




IC ổn áp 7805 : Đầu vào > 7V đầu ra 5V 500mA. Mạch ổn áp: cần cho VĐK vì nếu
nguồn cho VĐK không ổn định thì sẽ treo VĐK, không chạy đúng, hoặc reset liên
tục, thậm chí là chết chíp.


Hình
13.
Sơ đồ IC 7805