Đồ án thiết kế hệ thống báo và hiển thị số kilomet còn lại của xe đạp điện

KHOA CƠ KHÍ

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Bộ môn Cơ điện tử

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
------------o0o------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIÊT KẾ HỆ THỐNG ĐO CƠ
ĐIỆN TỬ

Đề tài: Thiết kế một hệ thống đo lường để đo và hiển thị số kilomet đi được còn lại
của pin xe đạp điện .
Nội dung:
1.Tổng quan về hệ thống xe đạp điện .
2.Tính toán thiết kế mạch đo hệ thống đo .
3.Mô phỏng mạch đo

Sinh viên:

NGUYỄN TUẤN ANH – DTK1151010489
TRẦN VĂN CHUNG – DTK1151010066
TRIỆU TIẾN CƯỜNG – DTK1151010230

Lớp:

K47 CDT 01

Hướng dẫn: DƯƠNG CÔNG ĐỊNH

Ngày giao đề:

…………………………………

Ngày hoàn thành:

…………………………………

Trưởng Bộ Môn

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên)

(Ký tên)

1


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay , khoa học kỹ thuật luôn không ngừng phát triển và đổi mới.
2


Từng ngày ,từng giờ tác động trực tiếp tới đời sống con người . Các hệ thống
điện tử đã tham gia vào công nghiệp làm tăng năng suất lao động , giảm bớt sức lao
động của con người . Có thể nói điện tử là ngành mũi nhọn có những bước tiến vượt

bậc về công nghệ cũng như những ứng dụng trong cuộc sống .
Trong lĩnh vực sản xuất cũng như trong đời sống hàng ngày. Việc đo lường các
đại lượng vật lý đóng một vai trò quan trọng vì từ đó người sử dụng có thể biết được
các thông số mình đang làm việc từ đó khống chế và điều khiển cho chúng phù hợp
với mục đích của mình .
Hiện là sinh viên năm thứ 4 trường đại học kỹ thuật công nghiệp , chúng em đã
có cái nhìn sâu hơn, tổng quát hơn về ngành mình đã lựa chọn đã có thể thiết kế những
sản phẩm cụ thể có ứng dụng thực tế hơn để sau này ra trường em có thể ứng dụng
nhiều vào thực tế .
Với mục đích tìm hiểu và thiết kế một hệ thống đo lường , chúng em đã lựa chọn
đề tài : Thiết kế một hệ thống đo lường để đo và hiển thị số kilomet đi được còn lại
của pin xe đạp điện .
Mặc dù được sự chỉ dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn , chúng em đã rất cố
gắng nhưng khối lượng kiến thúc và thời gian có hạn , sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót mong thầy cô thông cảm .Chúng em mong được đón nhận những ý kiến từ
các thầy cô và các bạn để có thể tiếp tục mở rộng hướng nghiên cứu cho đề tài của
mình .

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG TRONG XE ĐẠP ĐIỆN
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của xe đạp điện
1.1.1 Lịch sử hình thành
Trong thập niên 1890, xe đạp điện đã được ghi chép trong các bằng sáng chế khác
nhau ở Mỹ, ví dụ, vào ngày 31 tháng 12 năm 1895, Ogden Bolton Jr đã được cấp bằng
sáng chế Hoa Kỳ 552.271 cho một chiếc xe đạp chạy bằng pin với "6 cực bàn chải và
chuyển mạch trực tiếp (DC) động cơ trung tâm gắn kết trong các bánh xe phía sau."
Không có bánh răng và động cơ có thể kéo lên đến 100 ampe (A) từ một pin 10-volt.
Hai năm sau đó,vào năm 1897, Ô-sê W. Libbey của Boston phát minh ra một

chiếc xe điện (US Patent 596.272), nó được chạy bởi 1 " động cơ tăng điện gấp đôi",
động cơ này được thiết kế bên trong trung tâm trục của bánh xe. Sau đó, vào những
năm cuối 1990 Giant Lafree đã tái phát minh và cải tiến nó thành những chiếc xe đạp
điện Giant đẹp và thời trang như hiện nay
Đến năm 1898, Mathew J. Steffens đã được cấp bằng sáng chế cho chiếc xe đạp
điện cải tiến của ông với thiết kế bánh sau xe đạp sử dụng một vành đai lái xe dọc theo
cạnh bên ngoài của bánh xe. Sau đó, vào năm 1899, John Schnepf đã được trao bằng
sáng chế với thiết kế bánh xe phía sau ma sát theo style xe đạp điện như hiện nay, sáng
chế của Schnepf sau đó đã được kiểm nghiệm lại và phát triển bởi G.A. Wood Jr,
những thiết bị của ông đã sử dụng động cơ 4 mã lực phân đoạn, kết nối thông qua 1
loạt các bánh răng.
1.1.2 Sự phát triển của xe đạp điện
Ước lượng từ năm 1993-2004, sản xuất xe đạp điện tăng trưởng khoảng 35%.
Tuy nhiên, theo Gardner năm 1995 sản xuất xe đạp thường xuyên giảm so với mức
đỉnh 107 triệu đơn vị. Nhìn chung đã có sự gia tăng về phạm vi và tốc độ tăng trưởng
loại xe này
Vào năm 2001, các thuật ngữ như xe đạp năng lượng, "pedelec", xe đạp chân hỗ
trợ, và xe đạp trợ lực đã được thường được sử dụng để đề cập đến xe đạp điện. Các
loại xe máy điện đã tham khảo nhiều mô hình của xe đạp điện, cải tiến về tốc độ với
vận tốc có thể đạt tới 80 km/h (50 mph).
Trước đó, một số xe đạp điện sử dụng các loại pin axit chì cồng kềnh và đắt tiền,
Tuy nhiên sau đó mô hình mới hơn thường được sử dụng NiMH, NiCd và / hoặc pin
Li-ion cung cấp nhẹ hơn, pin dung lượng dày đặc hơn.Nhờ ứng dụng công nghệ tiên
tiến giúp tăng dung lượng pin nên những chiếc xe điện đời mới có thể vượt qua hành
trình dài gần trăm cây số chỉ với một lần sạc.
Đến trước năm 2007, xe đạp điện được cho là chiếm từ 10% đến 20% tất cả các
xe hai bánh trên các đường phố của nhiều thành phố lớn. Từ những phát minh và sáng
chế ban đầu, chiếc xe điện ngày nay đã được cải tiến rất nhiều về mẫu mã, tính năng
và công dụng của nó, đa dạng và phù hợp với mọi lứa tuổi
4

1.2Tổng quan về xe đạp điện
1.2.1 Xe đạp điện và lợi ích xã hội
Đã một thời xe đạp hầu như có mặt trên khắp các nẻo đường. Bởi vì lúc đó
phương tiện, nhiên liệu còn quá khó khăn và xe đạp chính là phương tiện chính để đi
lại lúc bấy giờ, nên thời điểm đó, nhà sản xuất và người tiêu dùng ít quan tâm đến kiểu
dáng, tính năng và một số yếu tố kỹ thuật khác. Còn giờ đây khi xe máy trở thành
phương tiện phổ thông, thì người tiêu dùng lại sử dụng xe đạp, xe đạp điện với kiểu
dáng, tính năng kỹ thuật vừa mới lạ, lại vừa không thua kém xe máy về yêu cầu sử
dụng. Đặc biệt trong tình hình tai nạn giao thông gia tăng và yêu cầu bảo vệ môi
trường như hiện nay thì mặt hàng xe đạp, xe đạp điện bắt đầu phát triển. Bởi vì những
mặt lợi ích mà khách hàng có được khi sử dụng xe đạp điện là: Mỗi lít xăng (giá
khoảng 20.000 đồng) khách hàng chỉ đi được chừng 40 đến 50km khi sử dụng cho xe
máy, nhưng với xe đạp điện khách hàng chỉ cần 1 lần nạp điện (khoảng 1Kwh điện,
giá 1.000 đồng) sẽ sử dụng liên tục được 60km với tốc độ tối đa 35km/giờ. Nếu sử
dụng bình quân 1 lít xăng/ngày thì 1 năm khách hàng tiết kiệm được gần 4.000.000
đồng.
+ Sử dụng xe đạp điện là bảo vệ môi trường. Lượng khí thải quá lớn từ phương
tiện chạy xăng đang làm cho các thành phố trở nên ô nhiễm vì vậy việc sử dụng
xe đạp điện sẽ góp phần bảo vệ khí quyển.
+ Về phương diện kĩ thuật, động cơ xe điện ưu việt hơn xe xăng rất nhiều: Hiệu
suất động cơ xăng khoảng 30%, xe điện lên tới 90%. Bên cạnh đó độ bền động
cơ điện cao hơn, ít rung, ít hư hỏng trong quá trình sử dụng.
+Xe điện hợp thời trang: Khác hẳn với xe máy, xe điện đang trở nên rất hợp
thời trang so với xe máy, bởi thiết kế khá đơn giản nên việc thiết kế trang trí rất
ấn tượng hơn xe động cơ xăng.
+ Vận hành êm, không sử dụng xăng dầu, không gây ô nhiễm môi trường.
+ Không bắt buộc phải đăng ký xe, không bắt buộc đội nón bảo hiểm (tuy nhiên
khuyến cáo các bạn hãy đội mũ bảo hiểm vì sự an toàn của chính mình), không

cần bằng lái xe.
+ Giá nhiên liệu ngày một tăng, môi trường ô nhiễm, sử dụng xe đạp điện là
một điều tốt. Theo tính toán, chi phí sạc điện để sử dụng cho xe đạp điện trong
một ngày chỉ mất khoảng hơn 2.000 đồng, trong khi đó dùng xe gắn máy trung
bình phải mất 8.000 đồng/ngày. Đƣợc biết, một bình điện của xe đạp điện nếu
sạc đầy từ 4-8 giờ sẽ đi đƣợc từ 35km-80 km, giá một chiếc bình ắc quy dao
động từ 450.000-800.000 đồng, thì cũng không quá đắt cho ngƣời sử dụng.
Cùng với những lợi ích xã hội khác, bảo đảm an toàn giao thông, phù hợp với
mức thu nhập, xu hướng chuyển sang dùng xe đạp điện là rất phù hợp với người
tiêu dùng Việt Nam.
+ Vừa có thể chạy bằng điện, vừa có thể sử dụng bàn đạp như xe đạp thông
thường. Kích thước và trọng lượng xe khá gọn nhẹ, khoảng 28-35 kg. Tốc độ
tối đa vào khoảng 20-30 km/h và mỗi lần nạp điện có thể chạy khoảng 4060km.

5


Một số tiện ích của xe đạp điện Trung Quốc như đèn pha, có công tơ mét hiển thị
tốc độ và báo điện ắc quy, bình ắc quy đƣợc che kín nên khó vô nước..., các tính năng
này hiện một số nhà sản xuất xe trong nước cũng đã khắc phục, làm được, nhưng giá
không đắt như xe nhập. Sử dụng xe đạp điện sản xuất trong nước người tiêu dùng sẽ
được thụ hưởng chế độ bảo hành hậu mãi chu đáo.
1.2.2 Một số hãng xe đạp điện hiện đang có mặt tại thị trường việt nam
Xe Trung Quốc sản xuất: có các thương hiệu sản xuất từ các nhà máy trung ương
và địa phương như: Jili, Asama, robo….
Xe Nhật Bản: đa phần là hàng đã qua sử dụng, tuy nhiên mẫu mã không bắt mắt
bằng hàng Trung Quốc sản xuất nhưng được nhiều người dùng ưa thích vì chuộng
hàng Nhật, giá vừa phải.
Các nước khác chủ yếu là Đài loan với sản phẩm: Yamaha, Bridgestone...
Trong nước sản xuất với các thương hiệu: Delta, Lieha...

Hàng trong nước thường đơn điệu về mẫu mã, mầu sắc, tuy có giá rẻ hơn của
nước ngoài song vẫn không hấp dẫn người tiêu dùng. Để chọn được 1 chiếc xe đạp
điện phù hợp với khả năng tài chính và sở thích của mỗi người cũng tương
đối dễ dàng. Tuy nhiên để sử dụng được hiệu quả và thuận tiện lại là những
vấn đề người tiêu dùng quan tâm.
Ngoài kiểu dáng, mầu sắc ưa thích, khi mua bạn nên chú ý đến các thông số kỹ
thuật:
+ Công suất động cơ: tính bằng Watt (250W, 350W...)
+ Xe sử dụng mấy bình điện (ácquy): 3 hoặc 4 bình
+ Điện áp và dòng điện của mỗi bình: 12V...12Ah...
Nếu thông số này có giá trị càng lớn, có nghĩa là chiếc xe đó có tính năng kỹ
thuật cao.
Ngoài ra, lưu ý thêm về thông số dung lượng của bình ác quy: Đi được bao
nhiêu km khi sạc đầy bình và thời gian sạc là bao lâu. Tùy theo nhà sản xuất , có loại
phải sạc khi chưa hết bình, có xe phải sử dụng hết bình rồi mới sạc mới đảm bảo tuổi
thọ của bình. Vị trí đặt bình điện, bộ điều tốc và động cơ cũng rất quan trọng: ở vị
trí khô ráo trên xe, động cơ, bộ điều tốc và bình điện có tuổi thọ cao và ngược lại.
Trong đề tài này ta chọn xe đạp điện ICATS H3 của hãng Yamaha.
1.2.3 Xe đạp điện Yamaha ICATS H3
1.2.3.1 Ưu điểm
- Giá thành rẻ hơn so với các hãng xe khác

6


- Yamaha Icats H3 với yên xe khá thấp, nên phù hợp với những người có chiều
cao khiêm tốn, cùng với chỗ để chân vừa tầm, tạo sự thoải mái cho người đi hơn.
- Thiết kế bánh khá chắc chắn, với những khớp đũa xe rất chắc chắn, nhưng cũng
dễ dàng thay thế trong các trường hợp hỏng hóc.
- Bàn đạp trợ lực của xe khá tiện dụng mỗi khi xe bị hết điện, không phải dắt bộ

như những loại xe không có bàn đạp trợ lực
- Xe chạy bằng ác quy nên có tốc độ cao.
- Khả năng phóng điện tốt nhất, mạnh hơn rất nhiều so với các loại pin, vì thế
giúp cho xe có được động cơ mạnh mẽ hơn, do đó, xe có thể có được tốc độ cao hơn
rất nhiều so với các dòng xe chạy pin.
- Dể thay thế khi hỏng hóc.
1.2.3.2 Nhược điểm
- Chính vì phải dùng lượng nhiều lõi ắc quy để cho 1 chiếc xe đạp điện, chính vì
thế, khối lượng của một chiếc xe đạp điện chạy ắc quy thường có khối lượng trên 50
kg, thậm chí lên đến 80kg, do đó, rất khó nhọc cho người đi khi dắt hoặc di chuyển.
- Thời gian sạc đầy điện thường kéo dài hơn so với những chiếc điện chạy pin
với khoảng 8-10 giờ sạc đầy.
- Nhanh bị hỏng hơn, do đó, cứ khoảng sau 1 năm sử dụng, người dùng lại phải
thay ắc quy mới cho xe, nên khá tốn kém. Ngoài ra, việc đi dưới trời mưa sẽ làm ắc
quy bị ẩm, do đó, nhanh hỏng và công suất phóng điện không đạt được như ban đầu.
- So sánh với những chiếc xe đạp chạy pin thì quãng đường mà những chiếc xe
chạy ắc quy thấp hơn rất nhiều, với quãng đường tối đa chạy được khi sạc đầy pin là
khoảng 30 - 40 km, do đó, rất dễ dẫn đến tình trạng đang đi thì xe bị hết điện nên
người dùng phải dắt.
1.2.3.3 Thông số của Xe đạp điện Yamaha ICATS H3

7


Hình 1.1: Xe đạp điện Yamaha ICATS H3
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha ICATS H3
Ngoại hình
Chiều dài x Chiều rộng x Chiều cao
Chiều cao yên xe
Đường kính bánh xe

1683x590x1045(mm)
750mm
Bánh trước : 18"×2.125", Bánh sau :
18"×2.125"

Tính năng
Vận hành
Cách thức thao tác
Quãng đường đi được khi pin đầy
Vận tốc tối đa
Phụ kiện xe
Ắc quy
Sạc điện
Thời gian sạc
Điện áp
Động cơ xe
Điện áp động cơ
Chú thích
Trọng lượng xe
Khả năng chở vật nặng
Bảo vệ tụt áp
Bảo vệ quá dòng

Động cơ điện
Tự động
55km
25km/h - 35km/h
48V -12Ah – 14Ah
Tự động ngắt khi Ắc quy đầy

6 – 8 giờ
220v - 50Hz
Động cơ 3fa
48V -12Ah – 14Ah
50kg
100kg
41V
16A

1.2.4 Cấu tạo các hệ thống của xe đạp điện
Trong xe đạp điện gồm có các phần :
−
−
−
−

Phần đo và hiển thị
Phần mạch nạp pin và pin
Nguồn động lực và truyền động
Phần điều khiển
8


1.2.4.1 Phần nguồn nạp pin và pin
Hiện tại các xe đạp điện sử dụng phổ biến là nguồn pin ác qui . ngoài ra do công
nghệ tiên tiến hơn người ta đã áp dụng loại pin lithium có những đặc điểm tốt và tiện
lợi hơn nhiều so với pin ắc qui như: được cấu tạo chủ yếu từ axit và chì , một xe đạp
điện cần trung bình 4-6 bình ắc qui để hoạt động , với từng đó chiếc ắc qui làm cho xe
đạp điện trở nên khac nặng và cồng kềnh , bên cạnh đó việc tháo lắp các bình này cũng
khá khó khăn trong khi đó những chiếc bình này cỉ đi được quãng đường 20km-30km .

một nhược điểm lớn đó là khi các bình này hỏng gây ảnh hưởng lớn tới môi trường và
con người.
Ta vẫn xét nguồn ắc qui tại vì nó vẫn được sử dụng phổ biến hơn.
Phần mạch nạp điện ac qui :

Hình 1.2: Mạch nạp điện cho xe đạp điện
Mạch nạp ác quy gồm có những thành phần như hình , sử dụng công nghệ
switching sử dụng xung điều khiển (PWM) . thường biến đổi nguồn xoay chiều thành
một chiều chuyển vào motor . Thường có 3 phương thức nạp điện, lúc đầu cho nạp
bằng nguồn dòng hằng (thường chọn dòng hằng khoảng 3A), sau đó chuyển qua nạp
bằng nguồn áp hằng (cho ra mức áp khoảng 39V) và sau cùng là giữ cho nạp theo chế
độ duy trì (nạp bù với dòng khoảng 100mA).
1.2.4.2 Nguồn động lực và truyền động
Nguồn động lực để xe đạp điện chuyển động đó là nguồn motor . Có hai loại
motor được dùng : ban đầu người ta sử dụng motor DC chạy bằng chổi than ,nhưng do
loại này nhanh hỏng do mòn chổi than hay khuyết vành đồng . Loại hai có ưu điểm
9


hơn đó là motor cảm ứng 3 pha dùng linh kiện bán dẫn hiệu ứng Hall . Trong đồ án
này em xét tới loại motor cảm ứng 3 pha .
Truyền động : khi nghiên cứu chế tạo xe đạp điện ban đầu motor được lắp ở vị trí
bàn đạp nhưng do tốc độ xe và tải lớn nên xích nhanh hỏng người ta chuyển nó về vị
trí bánh sau khả năng tải tốt hơn hẳn . trên xe đạp điện có phẩn điều chỉnh tốc độ hộp
tăng tốc độ quay gồm có 3 bánh xe răng, các bánh xe này có thể có vành răng bằng
nhựa nó giúp điều chỉnh tốc đọ cho xe .
1.2.4.3 Phần điều khiển
Có hai loại riêng biệt của bộ điều khiển được thiết kế để phù hợp với một trong
hai động cơ chải hoặc động cơ không chổi than . Động cơ không chổi than đang trở
nên phổ biến hơn khi chi phí của bộ điều khiển tiếp tục giảm . ( Xem trang trên động

cơ DC trong đó bao gồm sự khác biệt giữa hai loại . )
Bộ điều khiển cho động cơ không chổi than : E- xe đạp yêu cầu mô-men xoắn
ban đầu cao và do đó mô hình sử dụng động cơ không chổi than thường có hội trường
cảm biến chuyển mạch để đo tốc độ . Một bộ điều khiển điện tử cung cấp hỗ trợ như
một chức năng của các đầu vào cảm biến , tốc độ xe và lực lượng cần thiết . Các bộ
điều khiển thường cung cấp chiết điều chỉnh tốc độ động cơ , kiểm soát tốc độ vòng
kín cho điều chỉnh tốc độ chính xác , logic bảo vệ quá áp , quá dòng và bảo vệ nhiệt .
Bộ điều khiển sử dụng điều chế độ rộng xung để điều chỉnh sức mạnh cho động cơ .
Đôi khi hỗ trợ được cung cấp cho hệ thống phanh tái tạo nhưng phanh không thường
xuyên và trọng lượng thấp của xe đạp giới hạn thu hồi năng lượng . An thực hiện được
mô tả trong một ứng dụng ghi chú cho 200 W , 24 V DC không chổi than ( BLDC )
động cơ .
Bộ điều khiển cho động cơ chải : động cơ chải cũng được sử dụng trong
xe đạp điện nhưng đang trở nên ít phổ biến hơn do hiệu quả thấp hơn thực chất của
chúng . Bộ điều khiển cho động cơ chải tuy nhiên là đơn giản hơn nhiều và rẻ hơn do
thực tế họ không yêu cầu thông tin phản hồi cảm biến hội trường và thường được thiết
kế để điều khiển vòng hở.
1.2.4.4 Phần đo và hiển thị
+ Khối hiển thị :
Có khá nhiều cách để hiện thị như : dùng LCD , led 7 thanh …Để đơn giản hóa
giảm giá thành chúng em chọn hiển thị bằng LED 7 thanh .Về cấu tạo của led 7 thanh
khá đơn giản , nó gồm có 8 led đơn 7 led hình dạng thanh và 1 led hình tròn phía dưới
bên phải của led . các cực anot (cực +) hoặc catot(cực -) được nối chung với nhau các
cực còn lại của led sẽ được nối tới các chân riêng để điều khiển .
10


+ Khối cảm biến :
Cảm biến đo vận tốc có khá nhiều lựa chọn: encorder , cảm biến hall , tốc kế
quang , tốc kế điện từ … nhưng phổ biến nhất vẫn là encorder .

Ta chọn encorder là cảm biến trong mạch .
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên
đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay,
chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led
sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu.
Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led
có chiếu qua lỗ hay không. Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng
bị cắt.
Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung vuông
này được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào
tốc độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder mình đang dùng thì nó có 2 tín hiệu ra
lệch pha nhau 90. Hai tín hiệu này có thể xác định được chiều quay của động cơ.
Chú ý : Nguồn cấp cho encorder là nguồn 5v .

11


Chương 2 PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN
2.1 Phần tử điều khiển dùng PLC
2.1.1 Giới thiệu chung về PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông
qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình
tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác
động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện
được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động
theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu
vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State
Logic.

Hình 2.1 Sơ đồ khối của PLC
Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):CPU dùng để xử lý, thực
hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC. Mỗi PLC thường có
từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ
ngữ”:
- Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ
đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài.
- Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản,
phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn
nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn.
Bộ nhớ:
Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần
xử lý trong chương trình của PLC.
12


Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các
chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm
thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.
Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.
Khối vào/ra: Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp
5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC). Khối ngõ vào
thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào
bộ xử lý. Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu
ngõ ra và cách ly quang.
Bộ nguồn: Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của
PLC.

Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi

Electric, General Electric, Omron, Honeywell...
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên
ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp" trong
chương trình do "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ
ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển
bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
-

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng,
các môi Modul mở rộng.
Giá cả cá thể cạnh tranh được.

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các
Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này
đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh
nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch
… sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính
dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều
khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác
định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC
sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi
hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên
trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một

13


cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ dây nối
hay Relay.
Cấu trúc:
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên
trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM). Một bộ vi xử lý có cổng
giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để
chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn
vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã
được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các
PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra
chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, …
Nguyên lý hoạt động:
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các
thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín
hiệu song song:
-

Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu
khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông
qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép
truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển
tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất
hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus.
Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của
PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên
cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết
định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ
thống.
Bộ nhớ:
14


PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các
kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời,
đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ
của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi
xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa
chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là
quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có
khả năng chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ
như RAM, EPROM đều được sử dụng.

-

-

-

-

RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa
bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện
nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô,
có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài
năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình.
Khuynh hướng hiện nay dùng CMOS-RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và
tuổi thọ lớn.
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà
người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào
được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn
trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người
sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên
trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên
kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung
của nó có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là
có giới hạn.
Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong
máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được
dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài.

Kích thước bộ nhớ:

-

Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công nghệ
chế tạo.
Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ 2.000
-16.000 dòng lệnh.

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
Các ngõ vào ra I/O:
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào của
PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của PLC). Hầu hết
15


các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc
100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các
kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra
hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản hơn.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
2.1.2 Ưu nhược điểm của PLC
Các điều kiện đưa ra để chế tạo PLC chính l các đặc điểm mang tính ưu việt của
PLC so với các bộ điều khiển truyền thống, trong đó ưu điểm lớn nhất là khả năng
thích ứng với các chương trình điều khiển khác nhau của PLC. Trong PLC khi thay
đổi chương trình điều khiển, do dùng các vi mạch để xử l thông tin cho nên các ghép
nối cần thiết trong quá trình lập chương trình điều khiển không phải l các ghép nối cơ
học mà là các ghép nối logic được người lập trình tạo ra bằng phần mềm ( ftware) và
được cài đặt với bộ nhớ.
PLC có tốc độ xử lý cao , thường xử là một lệnh trong khoảng thời gian 0,64 còn
là thiết bị tiêu tốn ít năng lượng so với các bộ điều khiển truyền thống. Nó nhỏ, gọn,

trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt trong các tủ điều khiển, dễ dàng ghép nối với các
thiết bị khác của hệ thống.
Sử dụng PLC trong điều khiển tự động chúng ta dễ dàng thiết lập được sự tra đổi
thông tin với các PLC khác thông qua các mạng như Profibus DP, LAN (Local Area
Network), Asi, Profinet.
Tuy nhiên, hiện nay do chưa được chuẩn hoá trong phạm vị quốc tế nên mỗi hãng
sản xuất PLC lại đưa ra một ngôn ngữ lập trình riêng dẫn đến thiếu tính thống nhất
tòan cục.
Ngày nay, PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển như máy, dây
chuyền công nghệ sản xuất. Trong đó, với các hệ thống có quy mô lớn, người ta sử
dụng nhiều PLC ghép nối với nhau và được quản lý giám sát bằng máy tính hoặc giám
sát trực tiếp bằng màn hình tại các trạm. Đó là ưu điểm vượt trội về công nghệ điều
khiển phân tán.
2.1.3 Phạm vi ứng dụng
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả
trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn
giản, chỉ có chức năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các
lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao , ứng dụng các thuật toán trong quá trình
sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay ba gồm:
- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống
dẫn, cân động trong ngành hóa …
- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân động, quá trình
lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…
16


- Bột giấy, giấy, xử lý giấy. Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, cán, gia nhiệt
…
- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các
khâu hòan tất sản phẩm, đo cắt giấy .

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình
sản xuất, bơm (bia, nư c trái c y …), cân đong, đóng gói, hòa trộn …
- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra
chất lượng sản phẩm.
- Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin
…), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ,
dầu mỏ).
2.2 Phần tử điều khiển dùng vi điều khiển
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử
dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao
gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa
năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun
vào/ra, các mô đun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các
mô đun thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài.
Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện
khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu
đọc DVD,thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v.

Hình 2.2 Sơ đồ khối bộ vi điều khiển
17


Central Processor Unit (CPU)
Đây là một đơn vị có nhiệm vụ điều khiển và giám sát tất cả các hoạt động bên
trong vi điều khiển và người sử dụng không thể tác động vào hoạt động của nó. Nó
bao gồm một số đơn vị con nhỏ hơn, trong đó quan trọng nhất là:
- Bộ giải mã lệnh có nhiệm vụ nhận dạng câu lệnh và điều khiển các mạch khác
theo lệnh đã giải mã. Việc giải mã đươpcj thực hiện nhờ có tập lệnh
“instruction set”. Mỗi họ vi điều khiển thường có các tập lệnh khác nhau.
- Arithmetical Logical Unit (ALU) Thực thi tất cả các thao tác tính toán số học

và logic.
- Thanh ghi tích lũy (Accumulator) là một thanh ghi SFR liên quan mật thiết
với hoạt động của ALU. Nó lưu trữ tất cả các dữ liệu cho quá trình tính toán và
lưu giá trị kết quả để chuẩn bị cho các tính toán tiếp theo. Một trong các thanh
ghi SFR khác được gọi là thanh ghi trạng thái (Status Register) cho biết trạng
thái của các giá trị lưu trong thanh ghi tích lũy.
Random Access Memory (RAM):Là một loại bộ nhớ sử dụng cho các dữ liệu
lưu trữ tạm thời và kết quả trung gian được tạo ra và được sử dụng trong quá trình hoạt
động của bộ vi điều khiển. Nội dung của bộ nhớ này bị xóa một khi nguồn cung cấp bị
tắt.
Các cổng vào/ra (I/O Ports): Để vi điều khiển có thể hoạt động hữu ích, nó cần
có sự kết nối với các thiết bị ngoại vi. Mỗi vi điều khiển sẽ có một hoặc một số thanh
ghi (được gọi là cổng) được kết nối với các chân của vi điều khiển.
2.1.1 Một số họ vi điều khiển thông dụng
-

Họ vi điều khiển AMCC (do tập đoàn "Applied Micro Circuits Corporation"
sản xuất). Từ tháng 5 năm 2004, họ vi điều khiển này được phát triển và
tung ra thị trường bởi IBM.
•

403 PowerPC CPU

•

PPC 403GCX

•

405 PowerPC CPU

•

PPC 405EP

•

PPC 405GP/CR

•

PPC 405GPr

•

PPC NPe405H/L

•

440 PowerPC Book-E CPU

•

PPC 440GP

•

PPC 440GX
18

-

-

•

PPC 440EP/EPx/GRx

•

PPC 440SP/Spe

Họ vi điều khiển Atmel
•

Dòng 8051 (8031, 8051, 8751, 8951, 8032, 8052, 8752, 8952)

•

Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB)

•

Dòng AT90, Tiny & Mega – AVR (Atmel Norway design)

•

Dòng Atmel AT89 (Kiến trúc Intel 8051/MCS51)

•

Dòng MARC4

Họ vi điều khiển Cypress MicroSystems
•

-

Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor. Từ năm 2004, những vi điều
khiển này được phát triển và tung ra thị trường bởi Motorola.
•

•

•

-

CY8C2xxxx (PSoC)

Dòng 8-bit
•

68HC05 (CPU05)

•

68HC08 (CPU08)

•

68HC11 (CPU11)

Dòng 16-bit
•

68HC12 (CPU12)

•

68HC16 (CPU16)

•

Freescale DSP56800 (DSPcontroller)

Dòng 32-bit
•

Freescale 683XX (CPU32)

•

MPC500

•

MPC 860 (PowerQUICC)

•

MPC 8240/8250 (PowerQUICC II)

•

MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III)

Họ vi điều khiển Fujitsu
•

F²MC Family (8/16 bit)

•

FR Family (32 bit)

•

FR-V Family (32 bit RISC)
19


-

Họ vi điều khiển Intel
•

•

•

-

Dòng 8-bit
•

8XC42

•

MCS48

•

MCS51

•

8061

•

8xC251

Dòng 16-bit
•

80186/88

•

MCS96

•

MXS296

Dòng 32-bit
•

386EX

•

i960

Họ vi điều khiển Microchip
+ PIC 8-bit (xử lý dữ liệu 8-bit, 8-bit data bus)
•

Từ lệnh dài 12-bit (Base-line): PIC10F, PIC12F và một vài
PIC16F

•

Từ lệnh dài 14-bit (Mid-Range và Enhance Mid-Range):
PIC16Fxxx, PIC16F1xxx

•

Từ lệnh dài 16-bit (High Performance): PIC18F

+ PIC 16-bit (xử lý dữ liệu 16-bit)
•

PIC điều khiển động cơ: dsPIC30F

•

PIC có DSC: dsPIC33F

•

Phổ thông: PIC24F, PIC24E, PIC24H

+ PIC 32-bit (xử lý dữ liệu 32-bit): PIC32MX
-

-

Họ vi điều khiển National Semiconductor
•

COP8

•

CR16

Họ vi điều khiển STMicroelectronics
•

ST 62
20


-

•

ST7

•

STM8

•

STM32 (Cortex-Mx)

Họ vi điều khiển Philips Semiconductors
•

LPC2000

•

LPC900

•

LPC700

Dưới đây là một số họ vi điều khiển thường dùng
2.2.2 Bộ vi điều khiển dùng 8051
2.2.2.1 Giới thiệu chung
8051 là vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS51 được Intel sản xuất
vào năm 1980. Họ MCS51 là họ 8-bit có khả năng định địa chỉ 64KB bộ nhớ chương
trình và 64KB bộ nhớ dữ liệu.
Một số chip 8051 thông dụng:

Flash
RAM
IO
Timer
Ngắt
USART
Nạp ISP
Khóa bộ nhớ
WatchDog
Timer

AT89C51
4Kb
128Kb
32 pin
2 bộ 16 bit
6 nguồn cắt
Có

Không
3 mức
Không

AT89C52
8Kb
256Kb
32 pin
3 bộ 16 bit
8 nguồn cắt
Có
Không
3 mức
Không

AT89S51
4Kb
128Kb
32 pin
2 bộ 16 bit
6 nguồn cắt
Có
Có
3 mức
Có

AT89S52
8Kb
256Kb
32 pin

3 bộ 16 bit
8 nguồn cắt
Có
Có
3 mức
Có

21


2.2.2.2 Kiến trúc phần cứng

2.2.2.3 Cấu hình chân

- VCC: Điện áp cung cấp.
- GND: Được nối đất.
22


- RST : ngõ vào RESET, chân RESET ở mức cao trong 2 chu kỳ máy khi bộ dao
động đang chạy sẽ RESET chip.
- PSEN (Program Store ENable): được nối với chân OE của chip dữ liệu bên
ngoài,
- ALE : (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nó
cho phép phân kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu trên PORT0.
- EA : (External Access): chọn bộ nhớ giao tiếp. EA=1: chọn bộ nhớ nội, EA=0:
chọn bộ nhớ ngoại.
Cấu hình chọn bộ nhớ ngoài:

- PORT 0:

Port 0 là một cổng 8 bit I/O 2 chiều, Khi mức logic 1 được viết vào các PIN của
PORT 0, Pin đó có thể được sử dụng là cổng vào trở kháng cao.
Port 0 cũng có thể được cấu hình thành bus ghép kênh 8 bit địa chỉ/dữ liệu thấp
trong quá trình truy nhập bộ nhớ ngoài, ở chế độ này các PIN của PORT 0 sẽ
được kéo lên bên trong.
Ngoài ra PORT 0 cũng được sử dụng để nạp dữ liệu cho chip.
- PORT 1:
Port 1 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong. Khi mức logic 1 được viết vào
PIN của PORT 1, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được
sử dụng là cổng vào.
Ngoài ra các PIN P1.0 và P1.1 có thể được cấu hình là đầu vào của bộ Timer 2
(AT89S52, AT89C52). Các pin P1.5, P1.6, P1.7 (AT89S51, AT89S52) lần lượt
là các PIN MOSI, MISO, SCK khi sử dụng để nạp cho chip qua ISP (In- System
Programing).
- PORT 2 :

23


Port 2 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong. Khi mức logic 1 được viết vào
PIN của PORT 2, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được
sử dụng là cổng vào.
Port 2 cũng có thể được cấu hình thành bus ghép kênh 8 bit địa chỉ cao trong quá
trình truy nhập bộ nhớ ngoài với 16 bit địa chỉ.
- PORT 3 :
Port 3 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong. Khi mức logic 1 được viết vào
PIN của PORT 3, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được
sử dụng là cổng vào.[3]
2.2.2.4 Ưu nhược điểm
- Giá thành rẻ

- Bộ nhớ thấp
-Tính ổn định không được cao
2.2.2 Bộ vi điều khiển dùng PIC
2.2.2.1 Giới thiệu chung
PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip
Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics
Division thuộc General Instrument.
PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy
tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng
sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với
các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái
tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). CP1600 là một
CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát
triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600. PIC sử dụng
microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời
bây giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh
một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động).
Năm 1985 General Instrument bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới
hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC được bổ sung
EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay rất nhiều dòng PIC
được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM,
ADC...), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word.
24


Hiện nay, tại Việt Nam, đã có một cộng đồng nghiên cứu và phát triển PIC,
dsPIC và PIC32.
2.2.2.2 Lập trình cho PIC
PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 bit, ví dụ:
PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit, ví dụ: PIC16Fxxxx), tập lệnh bao

gồm khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với các dòng PIC high-end (độ dài mã lệnh 16 bit,
ví dụ: PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, với các
hằng số, hoặc các vị trí bộ nhớ, cũng như có các lệnh điều kiện, lệnh nhảy/gọi hàm, và
các lệnh để quay trở về, nó cũng có các tính năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep
(chế độ hoạt động tiết kiện điện). Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB,
nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM.
Một số công ty khác xây dựng các trình dịch C, Basic, Pascal cho PIC. Microchip
cũng bán trình dịch "C18" (cho dòng PIC high-end) và "C30" (cho dòng
dsPIC30Fxxx). Họ cũng cung cấp các bản "student edition/demo" dành cho sinh viên
hoặc người dùng thử, những version này không có chức năng tối ưu hoá code và có
thời hạn sử dụng giới hạn. Những trình dịch mã nguồn mở cho C, Pascal, JAL, và
Forth, cũng được cung cấp bởi PicForth.
GPUTILS là một kho mã nguồn mở các công cụ, được cung cấp theo công ước về
bản quyền của GNU General Public License. GPUTILS bao gồm các trình dịch, trình
liên kết, chạy trên nền Linux, Mac OS X, OS/2 và Microsoft Windows. GPSIM cũng
là một trình mô phỏng dành cho vi điều khiển PIC thiết kế ứng với từng module phần
cứng, cho phép giả lập các thiết bị đặc biệt được kết nối với PIC, ví dụ như LCD,
LED...
2.2.2.3 Một vài đặc tính của PIC
Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng
chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:
-

8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi
FLASH và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte
Các cổng Xuất/Nhập (I/O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với
logic 0 và logic 1)
8/16 Bit Timer
Công nghệ Nanowatt
Các chuẩn Giao Tiếp Ngoại Vi Nối Tiếp Đồng bộ/Không đồng

bộ USART, AUSART, EUSARTs
Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit
Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators)
Các module Capture/Compare/PWM
25