Thiết kế một bộ điều khiển motor DC Hệ thống có thể điều khiển được motor có công suất P =60W và điện áp U = 24VDC Hệ thống có các phím điều khiển

TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Bộ Công Thương
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
*********
Bản báo cáo
Đồ án môn học vi điều khiển
Chủ đề 18:thiết kế một bộ điều khiển motor DC. Hệ thống có thể
điều khiển được motor có công suất P <=60W và điện áp U <= 24VDC.
Hệ thống có các phím điều khiển đảo chiều,tăng,giảm tốc độ bằng biến
thiên điện áp (dùng DAC).
Thầy giáo hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:


Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
1
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Mục Lục
Trang
Lời nói đầu 3
Sơ lược họ 8051 4
I. Sơ lược 8051 4
II. Sơ lược 89S52 7
Động cơ một chiều 10
I. Cấu tạo máy điện một chiều 10
II. Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều 12
Các thành phần chính trong mạch 13
I. DAC0808 13
II. RELAY 16
III. LM741 17
IV. OPTO 17

V. D718 17
Thiết kế 18
I. Sơ đồ khối 18
II. Mạch nguyên lý 19
III. Mạch in 20
Lập trình cho vi điều khiển 21
I. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp
biến thiên điện áp (DAC) 21
II. Phần lập trình 22
Kết luận chung 24
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
2
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Lời nói đầu
Trong các ngành công nghiêp,công tác điều khiển vận hành các thiết bị
theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ,nâng cao chất lượng
sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng.
Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng , độ ổn định tốc độ cao
nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho
một số máy như máy nghiền ,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải,
điều khiển các robot…
Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương
pháp,trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng
họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp biến thiên điện áp(dùng
DAC).Trong đồ án của mình chúng em chúng em 89S52 để lập trình điều
khiển động cơ một chiều DC < 24V dùng IC DAC 0808.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử và các bạn
đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án và cô Vũ Thị Thu Hương đã
trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em là đồ án này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án ,chưa có kinh

nghiệm nên còn có nhiều nhiều khiếm khuyết trong cách trình bày cũng như
phần thể hiện đồ án của mình mong cô góp ý và bổ sung thêm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
3
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
_________ SƠ LƯỢC 8051_______
I. Sơ lược 8051
8051 ra đời năm 1981 do hãng Intel sản xuất.
Họ điều khiển này có 128 byte RAM,4kbyte ROM,hai bộ đnh thời ,một
cổng nối tiếp và 4 cổng ra\vào song song và là 1 bộ vi xử lý 8 bit.
Sau khi Intel cho các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thể
của 8051 thì họ 8051càng ngày càng phổ biến và ngày càng có nhiều phiên
bản khác nhau của 8051 nhưng tất cả đều tương thích với 8051 ban đầu.
Sau đây là bảng so sánh các họ khác nhau:


Số hiệu
sản xuất
Bộ nhớ
chương
trình
Bộ nhớ dữ
liệu
Số bộ
định thời
(bộ đếm)
8031
8051

8571
8951
8032
8052
8752
8952
0K
4K ROM
4K EPROM
4K FLASH
0K
8K ROM
8K EPROM
8K FLASH
128 BYTE
128 BYTE
128 BYTE
128 BYTE
256 BYTE
256 BYTE
256 BYTE
256 BYTE
2
2
2
2
3
3
3
3

Bảng 1: So sánh các họ IC

Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
4
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
II. Chức năng các chân của họ 8051

1. Port 0 (P0.0 _ P0.7)
Port 0 gồm 8 chân .
Với chức năng xuất nhập dữ liệu ,ngoài ra Port 0 còn là bus đa hợp dữ liện
và địa chỉ(AD0_AD7).Port 0 cũng nhận các byte mã khi lập trình Flas và
xuất các byte mã khi kiểm tra chương trình .Chú y trong trường hợp này cần
có thêm điện trở trước khi nối vào chân Port 0.

2. Port 1 (P1.0_P1.7)
Cũng như Port 0 ,Port 1 cũng có 8 chân. Chức năng của Port 1 chỉ là xuất
nhập dữ liệu .Port 1 cũng có thể xuất nhập theo bit và theo byte.
3. Port 2
Port 2 là port 8 bit ,cũng có chức năng xuất nhập dữ liệu như 2 port
trên.Khi làm nhiệm vụ là port nhập, các chân của port 2 đang được kéo
xuống mức thấp do tác động của bên ngoài sẽ cấp dòng do các điện trở kéo
lên từ bên trong .Port 2 tạo ra byte cao của bus điạ chỉ trong thời gian tìm
nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ
liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trông thời gian lập
trình Flash và kiểm tra chương trình.
4. Port 3
Cũng là port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra port 3 còn có các chức năng
khác cụ thể như sau:

Bảng 2: Chức năng các chân của port 3
5. RST
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
Bit Tên Chức năng
P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp
P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp
P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0
P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1
P3.4 T0 Ngõ vào của timer/counter0
P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter1
P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
5
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Khi tín hiệu vào chân này được đưa lên mức cao ( trong ít 2 chu kỳ),các
thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải lên nhưng giá trị thích hợp để khởi
động hệ thống.
6. Chân /PSEN
PSEN(program store enable) là chân đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài
./PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.Khi thực hiện chương
trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức caoChân này được kích hoạt 2 lần
mỗi chu kỳ máy và hai hoạt đông này sẽ được bỏ qua khi truy cập bộ nhớ
ngoài .
7. Chân ALE
ALE(address latch enable) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ
trong khi truy cập bộ nhớ ngoài .Đây cũng là chân truy cập xung lập trình
khi lập trình Flash.Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với
một tỷ lệ không đổi 1/6 tần số dao đông của vi điều khiển .Tuy nhiên chân
này cũng sẽ bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ ngoài .
8. Chân EA

EA(external access) là chân cho phép chọn bộ nhớ trong hay bộ nhớ ngoài
của vi điều khiển .Khi EA ở mức tích cực cao(nối với VCC) thì vi điều khiển
thi hành chương trình ROM nội,ngược lại(nối với GND) thì vi điều khiển thi
hành bộ nhớ ngoài.

9. XTAL1 và XTAL2
Đây là 2 ngỏ vào và ra của 1 bộ khuyếch đại dao động nghịch được cấu
hình để dùng như một bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với bộ dao
đông thạch anh có dải tần thường là 12MHz-33MHz.
10. Vcc và GND
Đây là 2 chân dùng để cấp nguồn cho IC, dải điện áp thích hợp là 4-5V.Với
Vcc nối với dương nguồn ,GND nối với âm nguồn.
III. SƠ LƯỢC 89S52
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
6
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
89S52 là một dòng trong họ 8051 ,nó có đầy đủ tính chất cũng như tính năng
của họ 8051 .Sau đây là sơ đồ chân của 89S52:
89S52 có tất cả là 40 chân, trong đó chân 20 và 40 là 2 chân nối nguồn với
điện áp cho phép nằm vào khoảng 3-5,5V.
Từ chân 1 đến chân 8 là chân port 1,từ chân 10 đến chân 17 là chân của port
3 ,từ chân 32 đến chân 39 là chân của port 0,từ chân 22 đến chân 28 là các
chân của port 2,các chân còn lại là :chân 9 là chân RST ,chân 18 và chân 19
lần lượt là chân XTAL1 và XTAL2 ,từ chân 29 đến chân 31 lần lượt là các
chân PSEN,ALE,EA.
Chức năng của các chân này thì đã trình bày trên phần sơ lược 8051 ở trên.

Hình 1. Sơ đồ chân của 89S52
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
7

TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử

Hình 2. Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển AT89S52
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
8
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
AT 89S52 có 8byte Flash ROM trên chip,khi chân /EA (chân 31) được đặt ở
mức logic cao thì bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình trong bộ nhớ
này,tuổi thọ cho bộ nhớ này vào khoảng 1000 lần lập trình,khi chân EA ở
mức thấp thì bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoài
(EPROM ngoài). Để thực hiện được điều này thì 89S52 cần cần có một mạch
phối ghép AT89S52 với Flash/EPROM
AT89S52 có 256 byte RAM nội, trong đó có 32 byte của bộ nhớ dành cho
các bank thanh ghi.
AT89S52 có 128 bit có chứa các byte định địa chỉ theo bit tà 20H đến
2FH,các bít này có thể là việc với 1 lệnh đơn.
Ngày nay , với sự phát triển của công nghệ thì việc sử dụng chip nói chung
và họ 8051 nói riêng ngày càng cần thiết và phổ biến …
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
9
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
_____ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU_____
I. Cấu tạo máy điện một chiều
Sau đây là một số sơ đồ của máy điện 1 chiều:
Sơ đồ của một máy điện 1 chiều với bộ phận kích từ song song


Mạch từ của một máy điện 2 cực
II. Nguyên lý hoạt động của động cơ môt chiều
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11

10
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây
dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển
động .Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Đây chính là
nguyên lý làm việc của động cơ nói chung
Về động cơ một chiều :
Từ trường trong động cơ tạo ra từ các cuộn dây gọi là cuộn cảm hay cuộn
kích từ .Do stator của động cơ có đặt các cuộn cảm nên thường gọi là phần
cảm .Từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một lực vào các dây dẫn
rotor đặt trong các rảnh của rotor khi có dòng điện chạy qua. Cuộn dây này
gọi là cuộn ứng .Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than và cổ
góp.Phần rotor mang phần ứng nên gọi là phần ứng
___CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠCH___
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
11
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
I. DAC 0808
Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối
Cấu tạo của DAC0808

Hình 5: Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối
Sơ đồ thu gọn
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
12
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Hình 6: Sơ đồ thu gọn
Cấu tạo chân
Hình 7: Cấu tạo chân
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11

13
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Trong đó:
Nguồn cung cấp
VCC = + 18 VDC
VEE = -18 VDC
Đầu vào số
V5-V12: -10VDC đến +18VDC
Đầu ra khuếch đại
V0: -11VDC đến +18VDC
Dòng hiệu chỉnh
I14 : 5mA
Đầu vào khuếch đại hiệu chỉnh
V14 V15 : VCC, VEE
Năng lượng tiêu thụ: 1000mW
Độ cảm ứng ESD: TBD
Dải nhiệt độ chịu đựng: -650C đến +1500C
Dải hoạt động:
Dải nhiệt độ TMIN ≤ TA ≤ TMAX
DAC0808 00C ≤TA ≤+75°C
Những đặc trưng điện:
VCC = 5V, VEE = −15 VDC, VREF/R14 = 2 mA
( tất cả các đầu vào số ở mức logic cao)
• Ứng dụng thông thường
Bộ chuyển đổi số - tương tự (đầu ra +10V)
Hình 8: Ứng dụng cơ bản của DAC0808
Vo=V
+REF
(A
1

/2 + A
2
/4 + …+A
8
/256)
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
14
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
II. RELAY
Hình 9: hình ảnh và cấu tạo của relay
Các bộ phận chính của relay
+ Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu)
Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần
thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây
+ Cơ cấu trung gian( khối trung gian)
Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành
đại lượng cần thiết cho rơle tác động.
Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện
+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)
Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm
III. LM741
-Khuếch đại thuật toán
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
15
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
Hình 10: Sơ đồ IC LM741
IV. OPTO (Cách ly quang).
Hình 11: Hình dạng và cấu tạo OpTo và trans D718

V. D718(Tranzitor công suất ).
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
16
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
_______________THIẾT KẾ___________
I. Sơ đồ khối
Hình 12: Sơ đồ khối của mạch

II. Mạch nguyên lý.
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
17
Khối điều
khiển
Khối
chuyển đổi
tín hiệu
Khối công
suất
Đầu ra
(Động cơ)
Khối nguồn
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử



Hình 13: Sơ đồ nguyên lý
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
18
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
III. Mạch in

Hình 14: Sơ đồ mạch in
___LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN___
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
19
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
I. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp biến
thiên điện áp (DAC).
Đây là phương pháp biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương
tự ở đầu ra của DAC với các mức điện áp khác nhau.
IC DAC0808 là Ic 8 bit đầu vào tương ứng với Port 2 của vi
điều khiển.
Khi vi điều khiển xuất ra là các bit nhị phân thay đổi thì
tương ứng điện áp đầu ra tại chân 4 của Ic DAC0808.
Ta thu được đầu ra của DAC với mức điện áp âm khoảng từ
0V đến -9V. Với đầu ra âm này của DAC ta sẽ sử dụng IC
LM741 với đầu vào khuếch đại đảo để thu được đầu ra với
mức điện áp dương khoảng từ 0V đến 9V.
Vo=V
+REF
(A
1
/2 + A
2
/4 + …+A
8
/256)
Trong đó :
A1 ,A2,… A8 tương ứng là các bit đầu vào của DAC (8 bit của
Port2)
V

O
là đầu ra của Ic LM741.
Để đảm bảo cho công suất đầu ra của mạch được nâng cao
ta thêm khối công suất sử dụng transistor công suất D718.
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
20
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
II. Lập trình.
#include <REGX52.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
sbit DAO = P3^0;
unsigned char x;
void delay(unsigned int ms)
{
unsigned int i;
unsigned char j;
for(i=0;i<ms;i++)
for(j=0;j<120;j++);
}
void main()
{
IE = 0x85;
IT0 = IT1 = 1;
P3 = 0x0d;
P2 = 0x87;
P1_0 =0;
P1_1 = 0;
while(!DAO);
while(DAO);

P1_0 = 1;
P1_1 = 0;
while(1)
{
P2 = 0x87;
while(!DAO);
while(DAO);
P1_0 = ~P1_0;
delay(2000);
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
21
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
P1_1 = ~P1_1;
}
}
void ngat0(void) interrupt 0 //tang
{ if(P2<0xff)
P2=P2+5;
}
void ngat1(void) interrupt 2 //giam
{
if (P2>0x00)
P2=P2- 5;
}
Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
22
TRƯỜNG ĐHCN Hà Nội Khoa Điện tử
____KẾT LUẬN CHUNG____
I. Ưu điểm
Đây là phương pháp đơn giản và thực tế.

Do điện áp tác động vào cuộn dây của động cơ là liên tục nên tuổi thọ
của động cơ kéo lâu hơn so với phương pháp khác .
II. Nhược điểm
Dải điều khiển hẹp.
Tổn hao trên phần công suất lớn.
Phương pháp này không được sử dụng khi yêu cầu độ chính xác cao
về tốc độ.
III. Tài liệu tham khảo
Vi điều khiển(Cấu trúc_lập trình và ứng dụng)______Kiều Xuân Thực
Lập trình C với vi điều khiển __________________Ngô Diên Tập
Và tham khảo tài lieuj trên : />Đề tài 18 Điện tử 3 K_11
23