Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
1

Phần mở đầu
Máy vi tính ngày càng giữ một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực
khoa học kỹ thuật và cuộc sống. Do sự phát triển mạnh mẽ cả về mặt phần
cứng cũng nh phần mềm. Cũng vì vậy việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật
đo lờng đã đem lại những kết quả rất to lớn. Với các thiết bị đo lờng khi
đem ghép nối nới máy vi tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập dữ liệu
ngắn, nhng điều quan trong nhất là mức độ tự động hoá trong công việc
thu nhập cũng nh xử lý số liệu từ các kết quả đo rất cao ngay cả trong công
việc thống kê hay in ấn kết quả . Ngoài ra trong nhiều trờng hợp với môi
trờng làm việc nh độ ẩm, nhiệt độ...Không phù hợp với con ngời thì lúc
này các hệ đo sẽ đợc ghép nối với máy tính là không thể thay thế đợc.
Trong đề tài này là những cố gắng bớc đầu để xây dựng hệ đo lờng
điều khiển ghép nối với máy tính thông qua cổng COM .












§iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ b»ng m¸y tÝnh

Lê thành sơn
2










PhÇn lý thuyÕt















Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
3


I . Đo lờng và ghép nối với máy tính qua
cổng RS- 232






H1. Sơ đồ khối đơn giản của một hệ đo lờng và ghép nối
với máy tính qua cổng RS - 232.

Sơ đồ khối đơn giản của một hệ đo lờng và ghép nối với máy tính
qua cổng RS- 232 nh hình 1. Số liệu từ đầu đo là analog sẽ đợc đa tới
card ghép nối ở card ghép nối này sẽ có bộ biến đổi A/D và sau đó nó sẽ
đợc biến đổi thành tín hiệu chuẩn của RS-232. Tức là mức +3V đến +12V
tơng ứng với mức 0 và -3V đến -12V tơng ứng với mức 1. Để đa dữ liệu
vào PC qua cổng COM thì ta phải có phần mềm để nhất quán giữa card ghép
nối và cổng COM về một tốc độ, cùng một format thông tin SDU.
II. Thông tin nối tiếp
1. Thông tin nối tiếp với chuẩn RS- 232
Cổng nối tiếp RS- 232 là loại giao diện phổ biến, rộng rãi nhất. Ngời
dùng máy PC còn gọi các cổng này là COM1 và COM2. Với COM2 để tự
do cho các ứng dụng khác. Giống nh cổng máy in và cổng thông qua card
ghép nối qua slot mở rộng thì cổng nối tiếp RS- 232 cũng đợc sử dụng một
Card

ghép nối
COM
Đầu đo
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
4
cách hết sức thuận tiện cho các mục đích đo lờng và điều khiển cũng nh
khi có một đờng dây liên lạc hay một kênh thông tin thì nó có thể có rất
nhiều ứng dụng nh truyền văn bản qua modem hay fax.
Việc truyền dữ liệu qua cổng RS- 232 đợc tiến hành theo cách nối
tiếp, nghĩa là các bít dữ liệu đợc gửi đi nối tiếp nhau trên một đờng dẫn.
Trớc hết, loại truyền này có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn
hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng mốt cổng
song song. Hệ thông tin trao đổi nối tiếp đợc thực hiện theo các phơng
thức :
Đa công: số liệu chỉ đợc gửi theo một hớng
Bán song công: số liệu đợc gửi theo hai hớng nhng tại mỗi thời
điểm thì chỉ có thể gửi đi theo một hớng
Song công: số liệu đợc gửi theo hai hớng thông tin nối tiếp đợc
phân làm hai loại:
+ Thông tin đồng bộ
+ Thông tin không đồng bộ
Trong thông tin không đồng bộ (di bộ), một từ (hay một cụm từ) thì
đợc truyền hay thu theo từng khung một và khung đó gọi là SDU (serial
data unit). Một khung bao gồm:
Một bít start
5,6,7,8 bít dữ liệu
1 bít phát hiện lỗi
Bít stop (1,1.5 hoặc 2)

Ơ đây bít phát hiện lỗi là dùng bít chẵn-lẻ
2. Chuẩn ghép nối RS- 232
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
5
Cổng nối tiếp RS-232 không phải là một hệ thống bus, nó cho phép
dễ dàng tạo ra liên kết điểm-điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với
nhau. Một thành viên thứ 3 không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin
này.

Chân(loại 9
chân)
Chân(loại
25 chân)
Chức năng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
8
3
2
20
7

6
5
4
22
DCD(Data carrier delect) Lối vào
RxD(Receiver data) Lối vào
TxD(Transmit data) Lối ra
DTR(Data terminal ready) Lối ra
GND(Ground)
DSR(Data set ready) Lối vào
RTS(Request to send) Lối ra
CTS(clear to send) Lối vào
RI(Ring Indicator) Lối vào






H . 2 Sắp xếp chân của cổng nối tiếp ở máy tính PC
Từ hình 2 ta thấy ổ cắm RS-232 có tổng cộng 8 đờng dẫn và một
đờng đất. Trên thực tế có hai loại phích cắm 9 và 25 chân, cả hai loại này
đều chung đặc điểm làm việc.
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
6
Việc truyền dữ liệu xẩy ra ở trên 2 đờng dẫn RxD và TxD. Qua chân
TxD, máy tính gửi dữ liệu của nó đến máy kia. Trong khi đó thì máy tính
nhận các dữ liệu tại chân nối RxD. Các tín hiệu khác đóng vai trò nh là

những tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin và vì thế không phải trong mọi
ứng dụng đều dùng đợc.
Việc truyền dữ liệu : Mức tín hiệu trên chân ra RxD tuỳ thuộc vào
đờng dẫn RxD và thông thờng nằm ở trong khoảng -12V đến +12V. Các
bít dữ liệu đợc gửi đảo ngợc lại. Mức điện áp đối với mức high nằm giữa
-3V ữ -12V và mức Low nằm giữa +3V ữ +12V. Trên hình 3 mô tả một
dòng dữ liệu điển hình của một byte dữ liệu trên cổng nối tiếp RS- 232.
Khi ở trạng thái tĩnh trên đờng dẫn có điện áp -12V. Một bít khởi
động (bít start ) sẽ mở đầu việc truyền dữ liệu. Tiếp đó là các bít dữ liệu
riêng lẻ sẽ đến, trong đó những bít giá trị thấp sẽ đợc gửi trớc tiên. Con số
của các bít dữ liệu thay đổi giữa 5và 8 bít. ở cuối của dòng dữ liệu còn một
bít dừng (stop bít), để đặt trở lại trạng thái lối ra (-12V)
Bằng tốc độ baud ta thiết lập tốc độ truyền dữ liệu và các giá trị thông
thờng là 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 và19200 baud. Và ở đây kí
hiệu baud tơng ứng với số bít đợc truyền trong một giây. Từ đó ta thấy
rằng có một bít start và bít stop đợc gửi cùng bít dữ liệu. Nhờ vậy ta có thể
biết đợc tốc độ cực đại của dữ liệu đợc truyền nh vậy với mỗi byte đã có
10 bít đợc gửi. Với tốc độ 9600 baud cho phép truyền nhiều nhất là 960
byte mỗi giây. Qua cách tính này ta thấy một nhợc điểm không nhỏ của
cổng truyền nối tiếp là tốc độ truyền dữ liệu bị hạn chế
Còn với vấn đề nữa là khuôn mẫu (Format) truyền dữ liệu cần phải
đợc thiết lập nh nhau cả ở hai bên (bên gửi và bên nhận). Các thông số
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
7
truyền có thể đợc thiết lập trên các máy PC bằng các câu lệnh trên DOS.
Ngay cả trên Window cũng có chơng trìng riêng để sử dụng nó.
Khi đó các thông số truyền dữ liệu nh: tốc độ baud, số bít dữ liệu, số
bít dừng, bít chẵn lẻ (parity) có thể đợc thiết lập một cách rất đơn giản. Sự

trao đổi của đờng dẫn tín hiệu ở đây các đờng dẫn tín hiệu riêng biệt cũng
Start bít Stopbít
12V LOW
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
-12V HIGH

104

s
1,04 ms
H.3 dòng dữ liệu trên cổng RS- 232 với tốc độ 9600 baud

cho phép trao đổi qua các địa chỉ trong máy tính PC. Trong trờng hợp này,
ngời ta thờng sử dụng những vi mạch có mức độ tích hợp cao để có thể
hợp nhất nhiều chức năng trên một chip. Máy tính PC thờng có hệ thu phát
không đồng bộ vạn năng UART (Universal Asychronous
Receiver/Transmitter) để điều khiển sự trao đổi thông tin giữa máy tính và
các thiết bị ngoại vi. Phổ biến nhất là vi mạch 8250 của hãng NSC hoặc các
thế hệ tiếp theo chẳng hạn nh 16C55O. Bộ USAT này có 10 thanh ghi để
điều khiển tất cả các chức năng của việc nhập vào và xuất ra dữ liệu theo
cách nối tiếp
- Bus Interface: giao diện bus
- Transmitter Hold Register: thanh ghi dữ truyền
- Transmitter Shift Register: thanh ghi dịch truyền
§iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ b»ng m¸y tÝnh

Lê thành sơn
8
- Interface Control Baud Generator: m¸y ph¸t ®iÒu kiÓn tèc ®é truyÒn
sè liÖu baud

- SDU logic: m¹ch logic SDU
- Serial data : Sè liÖu nèi tiÕp .

TruyÒn 1 SDU cã s¬ ®å nh− sau:

Thu 1 SDU cã s¬ ®å nh− sau :














- Bus Interface: giao diÖn bus



- Receiver Buffer Register: thanh ghi ®Öm sè liÖu thu

Bus
Interface

Interface Control Baud Generator

Transmitter
Hold Register

SDU
logic

Transmitter
Shift Register

H×nh 4 : S¬ ®å ph¸t SDU
Serial data

Bus
Interface
Interface Control Baud Generator
Receiver
Buffer
Register
SDU
logic
Receiver
Shift Register
H.5 S¬ ®å thu SDU
Serial data
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
9
- Receiver Shift Register: thanh ghi dịch truyền
- Interface Control Baud Generator: máy phát điều kiển tốc độ truyền

số liệu baud
- SDU logic: mạch logic SDU
- Serial data : Số liệu nối tiếp .

3. Bộ thu phát không đồng bộ vạn năng USAT 8250
Bộ xử lý 8250 là một vi mạch dùng để biến đổi thông tin song song
thành nối tiếp đợc lắp trên bản mạch chính của PC nhằm phục vụ cho trao
đổi thông tin nối tiếp giữa PC và các thiết bị ngoại vi qua các cổng I/O với
các đầu cắm vật lý (là các cổng COM)
3.1. Sơ đồ chân
Vi mạch 8250 có 40 chân với các tín hiệu cơ bản nh hình 6. Con số
chỉ số chân của 8250 chia thành các nhóm sau:
a) Nhóm địa chỉ
CS0, CS1, CS2: chọn vi mạch từ bộ giải mã An đến A3, tức là chọn tất
cả các địa chỉ của các thanh ghi nội
A0, A1, A2 : chọn 10 thanh ghi nội cụ thể của 8250 để xác định thanh
ghi nào CPU đang tham nhập cho đọc hoặc viết
CSOUT (chip select out): ở mức cao, cho biết VXL đã chọn vi mạch
bởi CS0, CS1, CS2.

ADS
(address select): ở mức thấp, chỉ thị rằng tín hiệu địa chỉ và các
tín hiệu số liệu.
b) Nhóm tín hiệu số liệu
D0 đến D7: đờng bus số liệu vào ra hai chiều với VXL
- SIN (Serial in) : lối vào nối tiếp của số liệu vào từ thiết bị ngoài
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
10

H.6 Sơ đồ chân của 8250

-
-
-
-
-
-
-








- SOUT (serial out): lối ra nối tiếp của số liệu đa ra thiết bị ngoài
-
WR
(
DOSTR
), WRC (DOSTR) hay
DOUTS
, DOUTS: các lối vào lệnh
ghi của VXL , để VXL ghi số liệu hoặc lời điều khiển vào các thanh ghi nội
của 8250.

Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính

Lờ thnh sn
11
-
RD
(
DISTR
), RD(DISTR) hay
DINS
, DINS các lối vào của lệnh đọc
của VXL , để VXL đọc số liệu hoặc từ điều khiển của các thanh ghi nội của
8250
-
DDIS

ở mức thấp chỉ VXL đang đọc số liệu từ 8250

c) Nhóm tín hiệu nhịp
- XTAL1, XTAL2 : các lối vào của tinh thể thạch anh
- RCLK (Receiver clock) : lối vào xung đồng hồ 16 lần tốc độ baud
-
Baudout
: lối ra xung nhịp có tần số bằng 16 lần tốc độ baud
d) Nhóm điều khiển modem
-
DTR
(Data terminal Ready) : sẵn sàng của terminal cho số liệu
-
DSR

(Data set Ready) : sẵn sàng của bộ số liệu
-
RTS
(Request to send) : yêu cầu gửi
-
CTS
(Clear to send) : xoá gửi
-
DCD
(Detect Carrier Data ): Phát hiện sóng mang số liệu
-
RI
(Ring Indicator) : chỉ thị chuông
e) Nhóm điều khiển khác
- Điều khiển ngắt
ắ INTR : yêu cầu ngắt
ắ
2
OUT
: dùng trong máy vi tính PC làm tin hiệu cho phép ngắt
chính qua cổng logic
ắ
1OUT
: lối ra từ điều khiển modem, cho ngời sử dụng
- Xoá Vcc, GND, Reset
f) Nguồn nuôi