báo cáo môn vi điều khiển thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều

ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
LỚP:CƠ ĐIỆN TỬ K9
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI ĐIỀU KHIỂN
ĐỀ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN
Đề Số :18
Môn Học: Vi Điều Khiển
Thời Gian Thực Hiện : từ ngày…………….đến ngày ………………

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN ANH DŨNG
Số Lượng Sinh Viên : 03
STT Họ và Tên Sinh Viên Lớp / Khoa Ghi chú
1
VƯƠNG QUỐC MINH CƠ Điện Tử K9
2
TẠ VĂN SƠN CƠ Điện Tử K9
3
PHAN BÁ HINH CƠ Điện Tử K9
NỘI DUNG
1. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều:
Yêu cầu:
- Mạch điện tử được thiết kế trên máy bằng phần mềm chuyên dụng.
- Hệ thống có thể điều khiển được các động cơ có công suất <=60w,điện áp
<=24 VDC.
1
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
- Thao tác điều khiển gồm đảo chiều; tăng giảm tốc độ bằng biến thiên điện

áp ( dùng DAC).
- Hệ thống có các nút đảo chiều tăng giảm tốc độ
2. Viết báo cáo về nội dung đồ án:
Yêu cầu:
- Số trang 10 đến 20 trang khổ A4.
- Nội dung báo cáo gồm 3 phần:
+ Cơ sở lý thuyết : Trình bày các cơ sở lý thuyết lien quan tới đò án.
+ Nội dung: trình bày trinh tự và nội dung thiết kế.
+ Kết luận: đánh giá ưu nhược điểm,tính thưc tế của sản phẩm đã thiết kế và
hướng cải tiến và phát triển.
3.Phần thuyết minh:
- Đại diện nhóm lên vận hành và thuyết minh sản phẩm
- 02 giảng viên chuyên môn chất vấn và chẩm điểm từng sinh viên trong
nhóm;thời gian tối đa giành cho hỏi và trả lời cho 1 sv là 10 phút/1sinh viên.
LỜI MỞ ĐẦU
TRong nến công nghiệp nói chung và ngành kỹ thuật Điện tử nói riêng hiện
nay đang phát triển mạnh mẽ , kỹ thuật Vi Điều Khiển đã trở nên quen thuộc trong
các nghành kỹ thuật và trong dân dụng. Trong thực tế các bộ Vi Điều Khiển được
ứng dụng vào mọi lĩnh vực của đời sống từ các thiết bị nhỏ như điện thoại di
động , máy nhắn tin, trò chơi điện tử , các thiết bị gia dụng như ( máy giặt, điều
hoà , tủ lạnh…) đến những thiết bị có quy mô lớn như các bộ điều khiển tự động
trong các nhà máy , xi nghiệp, hệ thống thông tin liên lạc… Vi điều khiển đã góp
phần đưa con người đến đỉnh cao của nhân loại .
Qua quá trình học lý thuyết cũng như đi thực hành chúng em được sự chỉ bảo
tận tình của các thầy cô. Để nắm được kiến thức đã học và vận dụng thực tế chúng
em được các thầy giáo cho làm đồ án môn học nhằm nghiên cứu và học hỏi nhiều
hơn nữa.
2
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`

Dưới đây chúng em xin giới thiệu một ứng dụng nhỏ của Vi Điều Khiển 8051
( cụ thể là vi điều khiển AT89S52) mà các thầy đã giao cho với đề tài: “ Thiết kế
bộ điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều.” . Đây là một ứng dụng nhỏ
của Vi Điều Khiển nhưng được sử dụng rất nhiều trong chuyên nghành Điện _
Điện tử.
Đồ án đã hoàn thành, song cũng không thể tránh nổi những sai sót và thiếu
sót. Chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến quý báu của các thầy cô cùng
các bạn để đề tài lần sau được hoàn chỉnh hơn nữa.
Chúng em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội ngày :18/11/2009
A. Cơ Sở Lý Thuyết
I. Giới thiệu tổng quan về họ vi điều khiển 8051
Họ vi điều khiển 8051 là một trong những họ vi điều khiển thông dụng nhất . Đây
là họ vi điều khiển được sản xuất theo công nghệ CMOS . Có tốc độ cao và công
suất thấp, bộ nhớ Flash có thể lập trình được .
1. Sơ đồ khối của AT89S52
2. Những đặc trưng của AT89S52
3
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
 4 Kbyte bộ nhớ Flash có thể lập trình lặp vơi 1000 chu kỳ đọc
xoá
 Hoạt động tĩnh đầy đủ : Từ 0 HZ đến 24 MHZ
 Khoá bộ nhớ chương trình ba cấp
 128x8 bit RAM nội
 32 đường xuất nhập lập trình được
 Hai timer / counter khoong bit
 Một port nối tiếp sang công có thể lập trình được
 Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chíp
3. Sơ đồ chân và chức năng của AT89S52

Như vậy theo sơ đồ trên AT89S52 có 40 chân .mỗi chân có chức năng như
các đường I/O (xuất nhập ) , trong đó 24 chân có công dụng kép,mỗi đường có thể
hoạt động như một đường I/O hoặc như đường điều khiển hoặc như thành phần của
bus điều khiển và bus dữ liệu.
3.1 Port 0 ( P0.0- P0.7)
Port 0 gồm 8 chân, ngoài các chức năng xuất nhập, Port 0 còn là bus đa hợp
dữ liệu và địa chỉ(AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp
với các thiết bị ngoài có kiến trúc bus như các vi mạch nhớ, mạch nhớ PIO…
4
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
3.2 Port 1 ( P1.0- P1.7)
Port 1 có chức năng xuất nhập theo bit và byte. Ngoài ra, ba chân P1.5, P1.6,
P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, hai chân P1.0, và P1.1 được dùng
cho bộ Timer 2.
5
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
3.3 Port 2 (P2.0-P2.7)
Là một port có công dụng kép, là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus dịa
chỉ đối vớo các thiết bị đồng bộ nhớ mở rộng.
3.4 Port 3 (P3.0- P3.7)
Mỗi chân trên Port 3 ngoai chuc năng xuất nhập còn có chuc năng riêng,
cụ thể như sau :
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/counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/ counter 1
P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
3.5 Chân /PSEN ( Program store Enable)
/PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối với
chân /OE để cho phép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài . /PSEN sẽ ở mức
thấp trong thời gian đọc mã lệnh . Mã lẹnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus dữ
liệu (Port 0) thanh ghi lệnh để được giải mã . Khi thực hiện chương trình trong
ROM nội thì /PSEN ở mức cao.
3.6 Chân ALE (Address Latch Enable)
6
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
ALE là tín hiệu điều chỉnh chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của
vi điều khiển. tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như
74373, 74573 chốt byte địa chỉ thấp ra khỏi bus đa hợp địa chỉ / dữ liệu (Port 0).
3.7 Chân /EA (External Access)
Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi
điều khiển . Nếu EA ở mức cao (nối với Vcc), thì vi điều khiển thi hành chương
trình trong ROM nội . Nếu /EA ở mức thấp (nối với GND), thì vi điều khiển thi
hành chương trình từ bộ nhớ ngoài .
3.8 RST (Reset)
Ngõ vào RST trên chân 9 la f ngõ Reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa
lên mức cao , các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải những giá trị thích hợp
để khởi động hệ thống .
3.9 XTAL1, XTAL2
AT89S52 có một bộ dao động trên chíp, nó thường được nối với với bộ dao
động bằng thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHZ, thông thường là 12MHZ.

Hình trên là cách nối bộ dao động thạch anh

3.10 Vcc, GND
AT89s52 dùng nguồn điện áp một chiều có dải điện áp từ 4v đến 5,5v được
cấp qua chân 20 và 40.
II. DAC 0808
Mô tả chung
7
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
DAC0808 là một bộ chuyển đổi 8 bit số sang tương tự đầu ra có đặc tính thời gian
đúng bằng kích thước của tín hiệu vào trong khoảng 150ns với công suất tiêu thụ là
33mW khi điện áp cung cấp là ± 5V. Không cần phải điều chỉnh dòng điện IREF
cho tất cả các ứng dụng, từ đó đầu ra hiện tại là ±1LBS của 255(IREF / 256).
Nguồn cung cấp của DAC0808 độc lập với “bit code” và đưa ra những đặc điểm
nổi bật của thiết bị phụ thộc vào mức điện áp vào.
DAC0808 giao tiếp trực tiếp với TTL, DTL hay CMOS ở mức logic, và dùng thay
thế cho MC1580/MC1408.
Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối
Cấu tạo của DAC0808

Sơ đồ thu gọn
8
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`

Cấu tạo chân
Trong đó:
Nguồn cung cấp

V
CC

= + 18 V
DC
V
EE
= -18 V
DC
Đầu vào số
V
5
-V
12
: -10V
DC
đến +18V
DC
Đầu ra khuếch đại
V
0
: -11V
DC
đến +18V
DC
Dòng hiệu chỉnh
9
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
I
14
: 5mA
Đầu vào khuếch đại hiệu chỉnh

V
14
V
15
: V
CC
, V
EE
Năng lượng tiêu thụ: 1000mW
Độ cảm ứng ESD: TB
Dải nhiệt độ chịu đựng: -65
o
Cđến +150
o
C
Đóng gói – 2 hàng chân (Plastic) 260°C
Đóng gói – 2 hàng chân (Ceramic) 300°C
Vapor Phase (60 seconds) 215°C
Tia hồng ngoại (15 seconds) 220°C
Dải hoạt động:
Dải nhiệt độ TMIN ≤ TA ≤ TMAX
DAC0808 0
o
C ≤TA ≤+75°C
Những đặc trưng điện:
V
CC
= 5V, V
EE
= −15 V

DC
, V
RFF
/R
14
= 2 mA
( tất cả các đầu vào số ở mức logic cao)

Ứng dụng thông thường
10
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
Bộ chuyển đổi số - tương tự (đầu ra +10V)

Mạch kiểm tra
11
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`

III. Động cơ điện một chiều
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,
hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một
chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó
có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên
tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp
xúc với cổ góp.
12
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ

sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm
ứng Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát
ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện
độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện
động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một
máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục
động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm
2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các
cuộn dây phần ứng.
Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều
Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh
phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện
lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming.
Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rô
to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện
sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song
với các đường sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây
lệch 90
o
so với phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính. Trong
các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp
khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như
không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to.
13
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
VI. IC 7805
B. Bản thiết kế đề tài đo tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng biến thiên điện áp
DAC
I.Sơ đồ khối của mạch

II. Sơ đồ nguyên lý

1 Khối khuếc đại - chuyển đổi
Hình 2: sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại-chuyển đổi
14
Khối
khuếch đại-
chuyển

đổi
Khối điều
khiển
Motor 1
chiều
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
DAC 0808 có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự từ vi điều khiển sang tín hiệu
số.Đầu ra của DAC 0808 là dòng từ chân 4 cho vào chân 2 của IC 741. IC 741 có
nhiệm vụ khuếch đại dòng điện thành điện áp ra ở chân 6.Nó được cho vào rơ le để
điều khiển motor.
3.Khối điều khiển
Hình 3:Sơ đồ khối điều khiển
AT89S52 điều khiển(bằng cách sử dụng các nút công tắc đã thiết kế) 2 cuộn hút
của rơle hút, nhả theo ý mình làm cho motor quay nhanh, chậm, đảo chiều theo ý
muốn. Ở đây tao không vẽ motor mà đấu rời khỏi bo mạch, nhằm chống nhiễu cho
AT89S52. Nó được biểu diễn bằng cổng CON2.
4.Motor DC
15
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`

5.Sơ đồ toàn khối
Hình 4: Sơ đồ toàn khối
III.Sơ đồ mach in
16
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`

Hình 6: Sơ đồ mạch in
IV. Cấu trúc lập trình
#include <REGX52.H>
#include <math.h>
sbit tang_toc =P1^2;
sbit giam_toc =P1^3;
sbit dao_chieu =P1^4;
sbit role=P1^0;
int toc_do=255,dc=0;
void key(void)
{
if(dao_chieu==0)
{
while(dao_chieu==0){;}
dc++;
if(dc==2) dc=0;
}
17
ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Lớp Cơ Điện Tử – K9
`
if(tang_toc==0)
{
while(tang_toc==0){;}

toc_do+=15;
if(toc_do>255) toc_do=255;
}
if(giam_toc==0)
{
while(giam_toc==0){;}
toc_do-=15;
if(toc_do<15) toc_do=0;
}
}
void main()
{
while(1)
{
while(dc==0)//quay thuan
{
key();
role=1;
P2=toc_do;
}
while(dc==1)//quay nguoc
{
key();
role=0;
P2=toc_do;
}
}
}

V. Tài liệu tham khảo

1.vi điều khiển NXB GIÁO DỤC
(cấu trúc -lập trình và ứng dụng)
2.vi điều khiển TỐNG VĂN ÔN
18