Thiết Kế Chế Tạo Mạch Điều Khiển Tốc Độ Và Đảo Chiều Quay Động Cơ Điện Một Chiều, Hiển Thị Tốc Độ Trên LCD

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Sinh viên thực hiện:
Lớp: Đ-ĐTK10.1
1. Tên đề tài :
“Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ và đảo chiều quay động cơ điện
một chiều, hiển thị tốc độ trên LCD”.
2. Thời gian thực hiện:
- Ngay giao đề tài :
- Ngày hoàn thành :
3. Yêu cầu
4. Nội dung
a. Tổng quan về động cơ điện một chiều.
b. Giới thiệu về bộ xung áp một chiều.
c. Giới thiệu về vi điều khiển.
d. Thiết kế mạch lực.
e. Thiết kế mạch điều khiển và hiệu chỉnh.
f. Chế tạo mạch.
5. Sản phẩm
a. Một quyển thuyết minh đề tài.
b. Các bản vẽ mô tả nội dung và nguyên lý của đề tài.
c. Mạch điều khiển đã hoạt động tốt.
Giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Phương Thảo

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

1


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điện tử công suất, vi điều khiển, truyền động điện đã và đang
đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng
dụng trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần
tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống
truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước,
diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như:
khuếch đại từ, máy phát - động cơ ....
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó và sau khi đã học các môn học : Điện tử công
suất, Truyền động điện, Vi điều khiển và máy điện chúng em đã được giao thực
hiện đề tài:
“Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ và đảo chiều quay động cơ điện
một chiều, hiển thi tốc độ trên LCD”
Với sự hướng dẫn của Cô: Nguyễn Phương Thảo chúng em đã tiến hành
nghiên cứu và thiết kế đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn
nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài
hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

2


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ BỘ
BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU..................................................................4
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN.................20
KẾT LUẬN.........................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................52

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

3


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU VÀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU
1.1 Giới thiệu tổng quan về động cơ điện 1 chiều
Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc

động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành
cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện
một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải.
Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợ.

Hình 1.1- Động cơ điện một chiều
1.1.1. Cấu tạo
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần :
- Stato (phần đứng yên) với các cực từ (bằng Nam châm vĩnh cửu hoặc Nam
châm điện )
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

4


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

- Roto với các cuộn dây quấn, cổ góp cùng chổi điện
1.1.2. Nguyên tắc hoạt động
Stato đứng yên và Roto quay quanh so với Stato (phần kích từ thường đặt trên
Stato ) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây điện chạy
trong mạch phần cứng, các thanh dẫn phần cứng sẽ chịu tác đọng của các mách
điện từ theo phương tuyến tính với mặt trụ Roto, làm cho Roto quay. Chính xác
hơn lực điện từ trên một đơn vị chiều dài thanh dẫn là tích có hướng của vecto

mật độ từ thông B và vecto cường độ dòng điện I. Dòng điện phần ứng được đưa
vào Roto thông qua hệ thống chổi than và cổ góp.
Cổ góp sẽ giúp cho dòng điền trong mỗi thanh phần cứng được đổi chiều khi
thanh dẫn đi đến một cực từ khác tên với cực từ mà nó đi qua (điều này làm cho
lực điện từ sinh ra luôn luôn tạo ra một momen theo một chiều nhất định)
1.1.3. Ứng dụng
Động cơ điện một chiều có rất nhiều ứng dụng trong dân dụng và trong công
nghiệp.
Trong dân dụng: động cơ điện một chiều thường dùng là các động cơ hoạt
động với điện áp thấp.
Trong công nghiệp: động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi có yêu
cầu Moment mở máy lớn hoặc phải thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng.
Động cơ điện một chiều có một phần rất quan trọng là :
Bộ phận chỉnh lưu nó có nhiệm vụ làm đổi chiều dòng điện của cuộn Roto
trong khi chuyển động quay của Roto là liên tục, thông thường bộ phận này là bộ
phận gồm có các bộ chổi than và bộ cổ góp. Đây là nhược điểm chính của động
cơ điện một chiều cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và nguy
hiểm trong môi trường dễ nổ khi sử dụng cần phải có nguồn một chiều hoặc bộ
chỉnh lưu.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

5


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Động cơ một chiều sử dụng trong dân dụng thường chỉ hoạt động với điện áp
24V trở lại. Một trong những phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều là
sử dụng mạch điều chế dộ rộng xung (PWM).
1.2. Giới thiệu về các phương pháp điều chỉnh tốc độ
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện 1 chiều có nhiều ưu điểm
hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ
một cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển đơn giản hơn đồng
thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng
Từ phương trình tốc độ:

Suy ra có thể điều chỉnh

ta có thể điều chỉnh:

- Điều chỉnh
- Điều chỉnh

bằng cách thêm

vào mạch phần ứng

- Điều chỉnh từ thông Φ của dường d
1.2.1.

Điều chỉnh tốc độ bằng thêm RP vào phần ứng

Khi thêm

vào phần ứng làm cho

tăng lên , ω giảm, độ dốc của đường

đặc tính giảm
Các đường (1) và (2) là các đặc tính khi tăng

còn đường TN là đặc tính cơ

tự nhiên

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

6


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TN
1
2
M (N.m)
0

Me

Hình 1.2.1- Đặc tính cơ khi thêm

vào mạch phần ứng.

Ưu điêm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục nhưng
do thêm

nên có tổn hao và không kinh tế.

1.2.2. Điều khiển bằng từ thông
Điều chỉnh từ thông của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện
từ của động cơ M= K.Φ.

và sức điện động quay của động cơ

. Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong
phạm vi giới hạn của việc thay đổi từ thông. Nhưng theo công thức trên khi Φ
thay đổi thì moment và dòng điện I cũng thay đổi lên khó tính được chính xác
dòng điều khiển và moment tải .
1.2.3. Điều khiển điện áp phần ứng
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ một chiều
bằng điện áp
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

7


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng của động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ
Trong đó người ta hay sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng của
động cơ. Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ thay đổi theo phương
trình :

Vì từ thông của động cơ không đổi lên độ dốc của động cơ cũng không đổi.
Tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào giá trị

của hệ thống , có thể nói

phương pháp điều khiển này rất triệt để và được sử dụng rất nhiều.
Đặc tính làm việc
(rad/s)

TN

1
2
0

M(N.m)
Mc

Hình 1.2.3 - Đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng của động
cơ.
1.3. Bộ xung áp một chiều
1.3.1. Giới thiệu chung về bộ băm xung một chiều

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

8


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Nguốn cấp cho mạch xung áp một chiều có thể là nguồn áp hay nguồn dòng.
Với nguồn áp thì điện áp và điện trở trong nhỏ để sụt áp bên trong nguồn
nhỏ.Với nguồn dòng thì dòng điện không đổi và điện trở trong lớn để sụt dòng
điện bên trong nguồn nhỏ.
a. Nguyên lý
Điện áp xoay chiều ba pha qua các bộ chỉnh lưu (hình tia ba pha, cầu ba
pha..) cho ra điện áp một chiều Us .Bộ băm điện áp một chiều cho phép từ nguồn
điện một chiều Us tạo ra điện áp tải U ra cũng là điện áp một chiều nhưng có thể
điều chỉnh được.
AC
(3 pha)

Bộ
chỉnh
lưu

Bộ băm
US

áp 1 chiều

Ura

Hình 1.3.1-Cấu trúc chung bộ xung áp một chiều
Ura: là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2. Điện áp ra
bằng giá trị trung bình của điện áp xung: Ura = γ .Us (γ=t1/T). Nguyên lý cơ bản
của các bộ biến đổi này là dùng quy luật đóng mở các van bán dẫn công suất một
cáchcó chu kỳ để điều chỉnh hệ số γ đảm bảo thay đổi được giá trị điện áp trung
bình trên tải.
b. Cách loại mạch băm xung dùng các van khác nhau

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

9


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Mạch băm xung dùng thyristor (hình a)
Mạch băm xung dùng transistor (hình b)
Mạch băm xung dùng mosfet (hình c)
Mạch băm xung dùng van IGBT (hình d)
Nguyên lý chung của các mạch trên là: Khi có tín hiệu điều khiểnvào thì
van dẫn làm cho tải có điện áp ,còn khi không có tín hiệu thì van bị khóa lúc này
van không dẫn làm cho tải không có điện áp.
1.3.2. Phân loại mạch băm xung điện áp một chiều
a. Mạch băm áp một chiều nối tiếp.

Tải thuần trở.

Hình 1.3.2.a.1-Băm áp một chiều nối tiếp tải thuần trở
a-Sơ đồ nguyên lý , b- Dạng sóng điện áp
Sơ đồ nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp giới thiệu như hình 3.1. theo đó
phần tử chuyển mạch tạo các xung điện áp mắc nối tiếp với tải. Điện áp một
chiều được điều khiển bằng cách điều khiển thời gian đóng khóa K trong chu kỳ
đóng cắt. Trong khoảng thời gian 0→t1 (hình b) khóa K đóng điện áp tải bằng
điện áp nguồn (Ud = U1), trong khoảng thời gian t1 →t2 khóa K mở thì điện áp tải
bằng 0.Trị số trung bình điện áp 1 chiều được tính:

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

10


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
t

t1
1 1
Ud = ∫ U1dt = T U1
Tck 0
ck

Trị số điện áp trung bình một chiều được tính như sau:
Ud

= Ung

Nếu coi γ =

thì Ud=Ung.γ

 Với tải điện cảm.
- Sơ đồ điển hình có dạng:

Hình 1.3.2.a.2- Sơ đồ và dạng sóng điện áp tải điện cảm
Dòng điện được xác định bởi phương trình vi phân: U1 = Rd.i + Ld.
Trong đó:
I: dòng điện tải.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

11


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Rd: điện trở tải
Ld: điện cảm tải
Ibd: dòng điện ban đầu của chu kỳ đang xét (mở hay đóng khóa K);
I XL: dòng điện xác lập của chu kỳ đang xét.
Khi khóa K đóng ; khi khóa K mở IXL = 0
i = Ibd.

+ IXL

.

Hằng số thời gian điện tử của mạch: Td =

Độ nhấp nhô được tính:

Từ biểu thức thấy rằng, biên độ dao động dòng điện phụ thuộc vào bốn thông
số: điện áp nguồn cấp (U1); độ rộng xung điện áp (γ); điện cảm tải (L d) và chu kỳ
chuyển mạch khóa K (Tck). Các thông số: điện áp nguồn cấp, độ rộng xung điện
áp phụ thuộc vào yêu cầu điều khiển điện áp tải, điện cảm tải L d là thông số của
tải. Do đó để cải thiện chất lượng dòng điện tải ( giảm nhỏ ∆I) có thể tác động
vào Tck. Như vậy, nếu chu kỳ chuyển mạch càng bé (hay tần số chuyển mạch
càng lớn ) thì biên độ đập mạch dòng điện càng nhỏ, chất lượng dòng điện 1
chiều càng cao. Do đố bộ điều khiển này thường được thiết kế với tần số cao
hàng chục Khz.

Hình 1.3.2.a.3- Giản đồ dòng điện điện áp cho hai tần số khác nhau
 Băm áp đảo chiều

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

12


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử
-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Sơ đồ hình vẽ

Hình

1.3.2.a.4- Băm áp đảo

chiều
Theo chiều chạy
thuận, điều khiển T1, T3,
dòng điện tải iT có
chiều hướng xuống như
hình vẽ, UAB> 0. Theo chiều chạy ngược, điều khiển T2, T4, dòng điện tải iN có
chiều dưới lên như hình vẽ, UAB < 0.

Hình 1.3.2.a.5- Dạng sóng băm áp đảo chiều
b. Băm áp song song
 Sơ đồ:

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

13


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 1.3.2.b.1- Sơ đồ băm áp song song
Dòng điện và điện áp được tính tương ứng khi khóa K đóng: is =
Và khóa k hở: iT =

; Ud =

; Ud = 0

Rd

Hình 1.3.2.b.2- Dạng sóng băm áp song song
Ta có : Từ 0 ÷ t1 khóa K đóng
Từ t1 ÷ tck khóa K mở
c. Băm áp nối tiếp kết hợp song song

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

14


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 1.3.2.c.1-Sơ đồ băm áp kết hợp
Trong trường hợp tải làm việc cả chế độ nhận năng lượng và trả năng lượng,
sơ đồ phối hợp nối tiếp và song song được sử dụng.
Khi nhận năng lượng và trả năng lượng từ lưới, điều khiển KN.
Khi trả năng lượng về lưới, điều khiển KS.

d.

•
•

Ngoài ra còn các loại băm xung khác
Băm áp tích lũy năng lượng:
Băm áp tích lũy điện cảm.
Băm áp tích lũy điện dung.

 Băm áp tích lũy điện cảm
Khi bộ băm nằm giữa nguồn áp với tải nguồn áp, phần tích lũy năng lượng
phải là điện cảm

Hình 1.3.2.d.1- Băm áp tích lũy điện cảm
Hoạt động
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

15


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Khi T dẫn: iN = iT = iL , iR = iD = 0, UD = -(U+UR),
U = L.di/dt, iL tăng tuyến tính
Khi D dẫn: iN = iT = 0, iL = iR = iD, UD = -(U+UR),
UR = - L.di/dt, iL giảm tuyến tính.

Trị số trung bình dòng điện nguồn: IN = γIL
Trị số trung bình dòng tải: IR = (1-γ)IL.
Bỏ qua tổn hao ta có: UR.IR = UN.IN hay:
=

-

=

Băm áp tích lũy điện dung (Bộ tăng áp)
Sơ đồ và hoạt động.
Các biểu thức cơ bản.
Sơ đồ động lực.

Hình 1.3.2.d.2-Băm áp tích lũy điện dung
Trong khoảng 0→t1 transistor dẫn có dòng điện iT chạy qua cuộn dây; diode
khóa và chịu một điện áp bằng điện áp nguồn.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

16


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Trong khoảng thời gian t1→t2 transistor khóa, cuộn dây xả năng lượng qua tải
bằng dong iD. Dòng điện này đồng thời nạp cho tụ C.
Khi transistor dẫn lại, tụ xả qua tải để duy trì dòng điện trên tải. Coi điện dung

của tụ lớn, dòng điện iC qua tải bây giờ gần như không đổi
Các biểu thức cơ bản
Khi T dẫn, diode chịu một điện áp:
UD = UN + UC = UN +Utải
Khi T khóa, nó chịu một điện áp:
UT = UN + UC = UN +Utải
Các giá trị dòng điện:
iN =

Id ; IL = I N + I d =

Ud = UC =

E0 -

Id
;

Nếu coi R0 = 0, ta có:
Ud =

E0; UN = E0 -

Id

1.3.3. Các phương pháp điều chỉnh điện áp ra trong mạch băm xung
Có 3 phương pháp điều chỉnh điện áp ra:
a. Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T
Giá trị trung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

U tai =

trong đó: ε =

t1 .U S
= ε .U S
T

t1
là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
T

Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng (0 <ε≤ 1).

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

17


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

b. Phương pháp thay đổi độ rỗng xung(xung tần số)
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1=const. Khi đó:
U tai =

t1
.U S = t1 . f .U S

T

c. Phương pháp xung - thời gian
Vừa thay đổi độ rộng xung vừa thay đổi tần số theo nguyên tắc giữ ∆I min.Trong
thực tế, phương pháp biến đổi độ rộng xung được dùng phổ biến hơn vì đơn giản
hơn, không cần thiết bị biến tần đi kèm.
 Kết luận:
Mỗi một phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng
- Phương pháp thay đổi độ rộng xung:
Điều chế xung bằng phương pháp lập trình nên có độ chính xác và tối ưu cao
Trong thực tế phương pháp biến đổi độ rộng xung được sử dụng phổ biến hơn vì
đơn giản hơn và không cần các bộ biến tần đi kèm.Phương pháp PWM trong
điều khiển động cơ có thể đáo ứng các yêu cầu như: nhanh, chậm, thuận, nghich
và ổn định tốc độ cho nó. Được sử dụng nhiều trong điều khiển động cơ một
chiều
- Phương pháp xung – tần số:
Cần sử dụng các bộ biến tần để điều khiển , mạch điều khiển phức tạp và giá
thành rất cao.
- Phương pháp xung – thời gian:
Cũng giống như phương pháp xung-tần số, cũng cần sử dụng các bộ biến tần để
điều khiển , mạch điều khiển cũng phức tạp , và yêu cầu về kinh tế cao hơn .
1.4. Sơ đồ cấu trúc chung
Nguồn

Điêu
khiển

Cách ly

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Công suất

encoder

Hiển thị

18


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

 Khối nguồn : Là mạch ổn áp 5V dùng để cấp nguồn cho toàn mạch. Sử
dụng một biến áp với đầu ra là 12VAC, dùng IC 7805 và hệ thống tụ lọc
 Khối điều khiển : sử dụng vi xử lý AT89S51 cùng bộ giao động , điều chế
xung và các nút nhấn điều khiển , và giao tiếp với encoder . Họa động dựa
trên code lập trình được cài đặt trong vi xử lý.
 Khối cách ly : Sử dụng cách ly PC817 dùng để cách ly giữa mạch động
lực và mạch điều khiển
 Khối công suất : Bao gồm IRF540 và rơle dùng để cấp nguồn và đảo chiều
cho động cơ
 Encoder: Lắp đặt trên trục hoặc có thể được tichs hợp sẵn bên trong một
số loại động cơ một chiều . Cung cấp tín hiệu dưa về vi xử lý để hiển thị


tốc độ động cơ.
Hiển thị : Khối LCD có nhiệm vụ hiển thị tốc độ động cơ thông qua vi xử

lý

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

19


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN
2.1. Giới thiệu về IC 89s52:
Năm 1980 khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ
MCS-51 và là chuẩn công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau
này.
Năm 1980 Intel công bố chíp 8051(80C51), bộ vi điều khiển đầu tiên của họ
vi điều khiển MCS-51bao gồm : 4KB ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất
nhập, 1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit.
Tiếp theo sau đó là sự ra đời của chip 8052,8053,8055 với nhiều tính năng
được cải tiến .
Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại Vi điều khiển họ MCS-51 nữa,
thay vào đó các nhà sản xuất khác như Atmel, Philips/signetics, AMD, Siemens,
Matra&Dallas, Semiconductors được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các
chip của họ MSC-51.
Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam
hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel.các mã số chip được thay đổi chút ít
khi được Atmel sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel
khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính

năng chương trình tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương
đương ở Atmel là 89C51,89C53,89C55.
Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường
dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm
khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người
sử dụng.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

20


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp:
89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp
89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp
89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp
89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp
 Sơ đồ chân:

Hình 2.1.1-Sơ đồ chân VXL 89C51

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

21

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

* Nhóm chân nguồn:
- VCC: chân 40, điện áp cung cấp 5VDC
- GND: chân 20(hay nối Mass).
* Nhóm chân dao động :
Gồm chân 18 và chân 19 (Chân XTAL1 và XTAL2), cho phép ghép nối thạch
anh vào mạch dao động bên trong vi điều khiển, được sử dụng để nhận nguồn
xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và
các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định:
•

XTAL 1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại dao động đảo và ngõ vào đến

mạch tạo xung clock bên trong.
•
XTAL 2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại dao động đảo

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

22


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hình 2.1.2- Bộ tạo dao động
* Chân chọn bộ nhớ chương trình: chân 31 (EA/VPP): dùng để xác định chương
trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại:
-

Chân 31 nối mass: sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài vi điều khiển

-

Chân 31 nối VCC: sử dụng bộ nhớ chương trình (4Kb) bên trong vi điều

khiển.
* RST (Chân RESET): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết
lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiểnHệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị
ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy.
* Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN
PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất
bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE
(outputenable) của ROM ngoài.
*

Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra

tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy .Khi
thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mứclogic không
tích cực (logic 1)
(Không cần kết nối chân này khi không sử dụngđến).
Chân ALE :(chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)
Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus

địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa
chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường
địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

23


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho
các phần khác của hệ thống.
* Ghi chú : khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này .
* Nhóm chân điều khiển vào/ra:
+ Port 0:gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:
- Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài
vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để
điều khiển led đơn sáng tắt.
- Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port
0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ
nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.
+ Port 1 (P1):
gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân , chỉ có chức năng làm các đường xuất/nhập,
không có chức năng khác.
+ Port 2 (P2) :
gồm 8 chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng:

- Chức năng xuất/nhập
- Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung
lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte
cao do P2 này đảm nhận.
+ Port 3 (P3):
gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):
Chức năng xuất/nhập
Với mỗi chân có một chức năng riêng:
P3.0 RxD : Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp
P3.1 TxD : Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

24


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

P3.2 INT0: Ngõ vào ngắt cứng thứ 0
P3.3 INT1: Ngõ vào ngắt cứng thứ 1
P3.4 T0: Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0
P3.5 T1: Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1
P3.6 WR : Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài
P3.7 RD : Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài.
P1.0 T2 : Ngõvào của Timer/Counter thứ 2
P1.1 T2X : Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ 2
2.2. Vùng RAM định vị bit
Gồm 16 byte có địa chỉ từ 20H -> 2FH trong vùng này ta có thể tác động tới

từng bit. Có nghĩa là có thể set bit đó lên 1 hoặc clear bit đó về 0
Có 128 bit trong vùng RAM định vị có địa chỉ từ 00H -> 7FH
 Vùng RAM đa dụng:
Có địa chỉ từ 30H -> 7FH (80 byte) có thể sử dụng làm bất cứ công việc gì trong
chương trình
 Vùng các thanh ghi đặc biệt: Có địa chỉ từ 80H -> FFH
 Thanh ghi tích lũy A (AC: Accumulartor) là thanh ghi trung tâm thường được
sử dụng để chứa lưu giá trị trong các lệnh chương trình có địa chit là E0H
Ví dụ:
- Mov A, #3FH
Lấy 3FH đưa vào thanh ghi A
- Mov A, 3FH
Lấy nội dung của 3FH đưa vào A
 Thanh ghi B: có địa chỉ là FH là thanh ghi được dùng kết hợp với thanh ghi A
trong các phép toán
Ví dụ:
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

25