ĐỒ ÁN HT CDT GARA Ô TÔ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
…………..
…………..
o0o
-----------KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Họ và tên

:

Ngành

:

1. Tên đề tài : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GARA Ô TÔ TƢ̣ ĐỘNG
2. Các số liệu ban đầu :
-

Mô hình tự chọn

- Dùng nguồn điện : 220V/50Hz .
3.

Nội dung thuyết minh :

3.1. Tổng quan các vấn đề liên quan.
3.2. Phân tích và chọn phƣơng án thi công .
3.3. Thiết kế hệ thống dẫn động hệ thống.
3.4. Thiết kế chế tạo mạch điều khiển cho hệ thống .
3.5. Xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống hệ thống .
3.6. Lập chƣơng trình điều khiển.

4. Phần bản vẽ:
a. Bản vẽ tổng thể mô hình.

: 1A0

b. Bản vẽ kết cấu các cụm chi tiết.

: (1÷4)A0

c. Bản vẽ mạch điều khiển và lƣu đồ thuật toán cho hệ thống : 1A0
5. Chế tạo mô hình:
- Kho dùng để xe,khung vị trí để xe ban đầu vào.
- Cánh tay robot dùng để vận chuyển ô tô vào ra.
- Ray trƣợt để cánh tay robot di chuyển vào ra.
- Lâ ̣p trình bằng Vi điều khiển 89C51, sử dụng hợp ngữ Assembly để lập trình.
6. Ngày giao nhiệm vụ

:

Ngày

tháng

năm 2011

7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

Ngày

tháng

năm 2011

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------

LỜI NÓI ĐẦU
*************

--------------------------------------

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày
càng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của

mình. Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế , đời sống
xã hội, nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp. Ngày nay, trình độ tự động hoá của
một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì lẽ đó mà việc phát
triển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết.
Với mục đích bước đầ u tiên xây dựng cho mình một cái nhìn tổ ng quan về hê ̣ thố ng tự
động. Đồ án môn học “hê ̣ thố ng cơ điê ̣n tử” là cơ sở để một sinh viên ng ành cơ điện tử
tập hợp nhữ ng kiế n thức đã học vận dụng vào thực t ế chế tạ o ra mô hình hê ̣ thố ng tự
động.
Với sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầ y Đặng Phước Vinh đã giúp chúng em
hiểu hơn về hê ̣ thố ng cơ điê ̣n tử,thấ y được ứng dụng cầ n thiế t trong thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn Nhà trường, Khoa Cơ khí và thầ y Đặng Phước Vinh
đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để chúng em hoàn thành đồ án môn học hệ thống Cơ
điện tử.

Đà Nẵng ngày…… tháng……… năm 2012
Sinh viên thực hiê ̣n:

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------MỤC LỤC

Trang
Nhiệm vụ…………………………………………………………………………..1
Lời nói đầu…………………………………………………………………………2
Mục lục………………………………………………………………………….....3
Chƣơng 1. Tổng quan các vấn đề liên quan……………………………………......4

1.1. Tự động hóa ,sự phát triển của tự động hóa trong giai đoạn hiện nay………..4
1.1.1 Khái niệm về tự động hóa………………………………………………......4
1.1.2 Các hình thức tự động hóa…………………………………………………5
1.1.3 Sự phát triển của tự động hóa……………………………………………….5
1.2. Hệ thống cơ điện tử,xu thế phát triển của hệ thống cơ điện tử trong giai đoạn
hiện nay………………………………………………………………………..........6
1.2.1 Các khái niệm cơ bản về hệ thống cơ điện tử………………………………..6
1.2.2 Lịch sử phát triển……………………………………………………………7
1.2.3 Xu thế phát triển …………………………………………………………….8
Chƣơng 2 . Phân tích và chọn phƣơng án thi công…………………………………10
2.1 Phân tích đề tài , tính cấp thiết của đề tài ………………………………………10
2.2 Hình ảnh thực tế của đề tài……………………………………………………..11
Chƣơng 3. Thiết kế hệ dẫn động cho hệ thống……………………………………..13
3.1 Tính chọn động cơ vận chuyển tiến lùi…………………………………………13
3.2 Tính chọn động cơ vận chuyển lên xuống……………………………………...14
3.3 Tính chọn động cơ vận chuyển vào ra………………………………………….16
Chƣơng 4. Thiết kế phần mạch điều khiển…………………………………………18
4.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển và chíp đƣợc sử d ụng……………………… 18
4.1.1 Giới thiệu chung về vi điều khiển…………………………………………….18
4.1.1.1 Phần cứng…………………………………………………………………. 18
4.1.1.2 Chức năng các khối……………………………………………………….. 18
4.1.2 Giới thiệu cách điều chế xung PMW điều khiển động cơ 1 chiều……………26
4.2 Tính toán mạch điều khiển……………………………………………………..31
4.2.1 Mạch nguồn vi điều khiển……………………………………………………31
4.2.2 Mạch công suất……………………………………………………………….33
4.2.2.1 Sơ lực cấu tạo động cơ 1 chiều……………………………………………. 33
4.2.2.2 Một số phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều………………….. 34
Chƣơng 5 Xây dựng lƣu đồ thuật toán điều khiển hệ thống………………………. 37
Chƣơng 6 Chƣơng trình điều khiển………………………………………………...38
Kết luận……………………………………………………………………………..47

Tài liệu tham khảo………………………………………………………………….48

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
1.1 Tự động hóa, sự phát triển của tự động hóa trong giai đoạn hiện nay.
1.1.1 Khái niệ m về tự động hóa:
Tự động hoá là dùng năng lƣợng phi sinh vật ( cơ, điện, điện tử …) để thực hiện
một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của
con ngƣời.
Tự động hoá là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện
tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Công nghệ này bao gồm:
- Những công cụ máy móc tự động.
- Máy móc lắp ráp tự động.
- Ngƣời Máy công nghiệp.
- Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động.
- Điều khiển có hồi tiếp và điều khiển quá trình bằng máy tính.
- Hệ thống máy tính cho việc thảo kế hoạch, thu nhập dữ liệu và ra quyết
định để hỗ trợ các hoạt động sản xuất.

Hình 1.1.Ứng dụng của robot để lắp ráp, vận chuyển trong hệ thống tự động
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 4


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------1.1.2. Các hình thức tự động hoá:

 Tự động hoá cứng:
Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp ) cố định
trên một cấu hình thiết bị. Các nguyên công trong dây chuyền này thƣờng đơn giản.
Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công nhƣ vậy vào một thiết bị làm cho
hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trƣng chính của tự động hoá cứng là:
Đầu tƣ ban đầu cao cho những thiết bị thiết kế theo đơn đặt hàng.
- Năng suất máy cao.
- Tƣơng đối không linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản
phẩm.

 Tự động hoá lập trình:
Thiết bị sản xuất đƣợc thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên
công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau.
Chuỗi các hoạt động có thể điều khiển bởi một chƣơng trình, tức là một tập lệnh
đƣợc mã hoá để hệ thống có thể đọc và diễn dịch chúng.
Những chƣơng trình mới có thể đƣợc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản
phẩm mới. Một vài đặc trƣng của tự động hoá lập trình là:
- Đầu tƣ cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát
- Năng suất tƣơng đối thấp so với tự động hoá cứng.
- Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm.
- Thích hợp nhất là cho sản xuất hàng loạt.
Tự động hoá linh hoạt là sự mở rộng của tự động hoá lập trình đƣợc. Khái niệm
của tự động hoá linh hoạt đã đƣợc phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa
qua. Và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển.

 Tự động hoá linh hoạt:
Là hệ thống tự động hoá có khả năng sản xuất rất nhiều sản phẩm ( hay bộ phận

) khác nhau mà hầu nhƣ không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này
sang sản phẩm khác. Không mất thời gian cho sản xuất cho việc lập trình lại và thay
thế các cài đặt vật lý ( công cụ đồ gá, máy móc ). Hậu quả là hệ thống có thể lên kế
hoạch kết hợp sản xuất nhiều loại sản xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng
biệt. Đặc trƣng của tự động hoá linh hoạt có thể tóm tắt nhƣ sau:
 Đầu tƣ cao cho thiết bị.
 Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
 Tốc độ sản xuất trung bình.
 Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.
1.1.3. Sự phát triển của tự động hoá:
Tự động hoá theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là: “ Tự chuyển động “ Ở đây chúng ta
hiểu thuật ngữ tự động hoá là thực hiện quá trình sản xuất mà trong đó tất cả các
tác động cần thiết để thực hiện nó, kể cả việc điều khiển quá trình đƣợc tiến hành
không có sự tham gia của con ngƣời.
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Hiện nay tự động hoá đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế quốc dân,
vì thế mà ngƣời ta gọi thế kỹ 20 này là thế kỹ của tự hoá và điều khiển tự động.
Nhƣng nếu rà theo lịch sử phát triển thì chúng ta thấy nó có nguồn góc từ thời cổ
xƣa.


Vào thế kỹ thứ nhất sau công nguyên. Heron ở Ai Cập đã làm những màn
múa rối với nhiều loại con rối tự động.



Đến thế kỹ 17-18 nhiều loại đồ chơi tự động và đồng hồ tự động đã xuất
hiện.



Sau đó đến thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19 trong giai đoạn cách mạng công nghiệp
ở châu âu tự động hoá mới xâm nhập vào thực tế sản xuất.



Năm 765 xuất hiện bộ điều chỉnh tự động mức nƣớc trong nồi hơi của
Pondunóp



Năm 784 bộ điều chỉnh tốc độ trong nồi hơi của Johnoát đã xuất hiện.



Năm 1712 thợ cơ khí ngƣời Nga NARTOP đã thiết kế máy tiện chép hình
để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu đƣợc tiến hành tự
động, chuyển động dọc của bàn dao là do bánh răng – thanh răng thực hiện.
Và đến năm 1798 Henry Nandsley ở nƣớc Anh mới dùng vít – Đai ốc để
dịch bàn máy.



Năm 1873 Spender đã chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân
phối với cam đĩa và cam thùng.



Đến năm 1880 thì nhiều hãng trên thế giới nhƣ: Pittler, ludwig, lowe( đức ),
RSA( Anh ) … Đã chế tạo máy tiện tự động Rơvonve dùng phôi thép
thanh. Sau đó xuất hiện máy tiện tự động tiên dọc định hình.



Vào đầu thế kỉ 20 bắt đầu có máy tự động nhiều trục chính, máy tự động tổ
hợp và đƣờng dây tự động.

Ngày nay nhiều nƣớc tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đƣờng dây tự động
phân xƣởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt
lớn, hàng khối nhƣ vòng bi, pittong, chốt ắc …
Để áp dụng tự động hoá vào điều kiện sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn
chiếc khi mà số lƣợng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại lại nhiều, ngƣời ta đã
dùng máy điều khiển theo chƣơng trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy
nhanh khi chuyển sang gia công loạt chi tiết khác. Bƣớc phát triển tiếp theo là sự
xuất hiện của trung tâm gia công mà đặc điểm của nó là có ổ trữ dụng cụ để thay
thế theo trình tự gia công.
1.2 Hệ thống cở điện tử, xu thế phát triển của hệ thống cơ điện tử trong giai đoạn
hiện nay:
1.2.1 Các khái niệm cơ bản về hệ thống cơ điện tử:
Cơ điện tử đƣợc mở ra từ định nghĩa ban đầu của công ty Yasakawa Electric :
“Thuật ngữ mechatronics đƣợc tạo thành bởi “mecha” trong mechanics và
“tronics” trong electronics.
Cơ điện tử là sự kết hợp chặt chẽ của kỹ thuật cơ khí với điện tử và điều khiển
máy tính thông minh trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công
nghiệp”.

Harashima, Tomizuko và Fukada đƣa ra năm 1996:
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------“Cơ điện tử là sự kết hợp chặt chẽ của kỹ thuật cơ khí với điện tử và điều khiển
máy tính thông minh trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công
nghiệp.”
Năm 1997, Shetty và Kolk quan niệ m
“Cơ điện tử là một phương pháp luận được dùng để thiết kế tối ưu các sản phẩm
cơ điện.”
Gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa
“Một hệ cơ điện tử không chỉ là sự kết hợp chặt chẽ các hệ cơ khí, điện và nó
cũng không chỉ đơn thuần là một hệ điều khiển. Nó là sự tích hợp đầy đủ các hệ
trên.”
1.2.2 Lịch sử phát triển
Trên thế giới:
 1983: Viện kỹ thuật Nhật Bản – Singapore
 1989: Bỉ (Cao học 1986)
 Đầu những năm 90: Đức, Đan Mạch, Hà Lan,…(Châu Âu)
: Úc, 4 trƣờng ĐH của Singapore.
 Ở Mỹ.
Đến 1999: Hơn 90 trƣờng ĐH và viện nghiên cứu
Ở Việt Nam:
 1997: ĐH BK TP HCM
+ Năm 1997: 51 SV
+ Năm 1998: 70 SV
+ Năm 1999 đến nay là: 80 SV

 2001: ĐH BKĐN, ĐH SPKT TPHCM
 Một số trƣờng khác: Viê ̣n C ông nghệ Châu Á (AIT) tại HN, ĐH Cần thơ, ĐH
dân lập Phƣơng Đông, DL Thăng Long, …
Đào tạo Cao học: ĐH BK Hà Nội hợp tác với ĐH Tổng hợp kỹ thuật Hannover
(CHLB Đƣ́c ) và ĐH Tổng hợp kỹ thuật Dresden (CHLB Đƣ́c ) mở lớp Cao ho ̣c
quố c tế .

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.2 Lịch sử phát triển của các hệ cơ học,điện,điện tử
1.2.3 Xu thế phát triển.
Xu thế phát triển của cơ điện tử là ngày càng tích hợp trong nó nhiều công
nghệ cao hơn, sản phẩm ngày càng "thông minh" hơn đồng thời kích thƣớc cũng
ngày càng nhỏ đi.
Chiến lƣợc phát triển khoa học và công nghệ Việt Nam đến năm 2010 đã xác
định một số lĩnh vực cơ điện tử chuyên sâu:
- Robot làm việc trong các môi trƣờng độc hại, nguy hiểm, an ninh quốc phòng,
một số dây chuyền công nghiệp công nghệ cao.
- Các sản phẩm CĐT trong một số lĩnh vực cơ khí trọng điểm nhƣ máy công cụ,
máy động lực, thiết bị điện-điện tử, cơ khí ôtô và các thiết bị đo lƣờng điều
khiển...
- Nghiên cứu vi cơ điện tử và nano cơ điện tử...

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:

Trang 8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.2: Các thành phần chính của hệ thống Robot.

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THI CÔNG
2.1. Phân tích đề tài, Tính cấp thiết của đề tài .
Hiện nay vấn đề xây dựng ga ra ô tô tự động để cất giữ xe ô tô rất quan
trọng. Các bãi đậu xe nhiều tầng, tự động hoặc không, là một giải pháp đơn giản và
hiệu quả cho việc thiếu chỗ đậu xe.Có thể xây một bãi đậu xe tự động trên khoảng
đất trống nào, thậm chí là giữa các toà nhà, với nhiều kích cỡ và hình dáng khác
nhau.
Ƣu điểm lớn nhất của các bãi đỗ xe cao tầng là tiết kiệm diện tích không
gian.
Với bãi đậu xe tự động diện tích mặt bằng đƣợc tận dụng tối đa vì các xe
đƣợc xếp sát nhau hơn ở các bãi đậu xe thông thƣờng, vì không cần chừa khoảng
trống để mở cửa xe cho ngƣời a- vào. Các hệ thống đậu xe tự động còn góp phần
cắt giảm lƣợng khí thải CO2 và tiêu thụ nhiên liệu, vì chúng không cần xe phải nổ
máy trong suốt quá trình vào chỗ đậu.
Hệ thống còn giảm đƣợc thời gian cho ngƣời lái xe.Quá trình vận chuyển xe

vào chỗ đậu rất đơn giản và tài xế hầu nhƣ không phải làm gì. Bạn có thể thanh
toán bằng chiếc thẻ điện tử đã lấy hoặc bằng tiền mặt và chiếc xe lại đƣợc tự
động nâng lên trả lại chủ nhân. Không phải loay hoay tìm chỗ, không phải khéo
léo luồn lách, quay, rẽ, lùi, tiến… đến toát mồ hôi để đƣa chiếc xe “chui” vừa
vặn ngay ngắn vào chỗ trống. Chỉ mất khoảng 3 phút là chiếc xe của bạn đã yên
vị trong gara. Ngoài ra, các hệ thống đậu xe tự động có thể đƣợc xây nổi hoặc
ngầm, tuỳ vào không gian “rảnh rỗi” trong thành phố.
Nhƣợc điểm của các hệ thống đậu xe tự động hầu nhƣ chỉ giới hạn ở những
rủi ro khách quan, điều mà các bãi đậu xe truyền thống cũng không tránh k hỏi,
nhƣ động đất…Bên cạnh đó là một số lỗi kỹ thuật có thể xảy ra, dù hãn hữu, nhƣ
khiến thân xe bị xƣớc hoặc móp méo. Một số trƣờng hợp thậm chí trả nhầm xe...
Với ƣu nhiều hơn nhƣợc điểm, rõ ràng hệ thống đậu xe tự động sẽ là tƣơng
lai. Với đại bộ phận các nƣớc trên thế giới, hệ thống này vẫn còn mới mẻ, nhƣng
ở Nhật Bản đã khá phổ biển. Mỹ bắt đầu xây dựng loại hình bãi đậu xe tự động
từ năm 2002, còn ở châu Âu, những hệ thống kiểu này mới xuất hiện ở các thành
phố vào năm 2007.
Hiện nay đất nƣớc ta đang phát triển ,số lƣợng ô tô ngày càng nhiều,nhất là ở
các thành phố lớn nên việc xây dựng các gara ô tô tự động rất cần thiết để giảm tối
thiểu diện tích các bãi đậu xe và giảm đƣợc sự ùn tắc xe tại các nơi vào của bãi đậu
xe,giảm thời gian cần thiết cho chủ phƣơng tiện cũng nhƣ khâu giám sát quản lý
bãi đỗ xe.

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------2. 2. Hình ảnh thực tế của đề tài :
Cấu trúc tổng quan của mô hình gara ô tô tự động gồm kho để xe và cánh tay rô bốt

vận chuyển xe.
-Kho: gồm 2 tầng mỗi tầng 5 kho,và vị trí xe vào ra.

Hình 2.1 Kho để xe

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
-------------------------------------------------------------------------------------------------------Cánh tay rô bôt vận chuyển xe :

Hình 2.2 Cánh tay vận chuyển xe
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG
3.1. Tính chọn động cơ vận chuyển tiến lùi.

Hình 3.1 Động cơ vận chuyển tiế n lùi
Trong đó: 1-Động cơ truyền động.
2-Hộp giảm tốc bộ truyền trục vít bánh vít.
3- Cáp kéo.
4- Tải.
Các số liệu cho trƣớc:
 Vận tốc cáp kéo : v = 0.5 m/s.

 Lực kéo cáp : F = 2,5 kN.
 Đặc tính làm việc : Êm.
 Đƣờng kính tang : D = 200mm.
Gọi Pt là công suất tính toán trên trục máy công tác (w)
Pct là công suất cần thiết trên trục động cơ
η là hiệu suất truyền động
η = η1 2 . η2 3 . η3 . η4
Với:

η1 = 0,98 hiệu suất bộ truyền trục vít bánh vít
η2 = 0,99 hiệu suất của 1 cặp ổ lăn
η3 = 1 hiệu suất của khớp nối
η4 = 0,96 hiệu suất bộ truyền cáp

Ta có:

Pt = F.v = 2,5.0,5 = 1,25k w

Áp dụng công thức: Pt = η Pct
Suy ra
1,25

Pct = Pt / η = 0,96.1.0,993 .0.982 = 1,93 kW
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Tính số vòng quay của tang:

Nt =

60.1000 .𝑉
𝜋.𝐷

=

60.1000 .0,5
3 ,14.400

= 23 v/ph

Nt : tốc độ quay của tang (V/P)
V = 0,5 m/s: vận tốc của tang.
D = 500 mm: đƣờng kính tang
 Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của các bộ truyền:
ihgt = 12 – tỉ số truyền của hộp giảm tốc
ix =3 – tỉ số truyền của bộ cáp
Số vòng quay của động cơ là:
ndc = nt . ihgt . ix = 23 . 36 = 828 (v/p)
 Chọn động cơ
Vì trong đề tài này sử dụng mạch băm xung để điều khiển tốc độ động cơ nên có
thể chọn loại động cơ có tốc độ cao hơn so với tính toán trên và dùng kỹ thuật
băm xung để điều chỉnh tốc độ động cơ.


Công suất định mức: Pđm = 1,5 kw



Tốc độ quay: ndc = 700 (v/p)

3. 2. Tính chọn động cơ vận chuyển lên xuống.

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động động cơ vận chuyển lên xuố ng
Trong đó : 1-Động cơ truyền động.
2-Hộp giảm tốc bộ truyền trục vít bánh vít.
3- Cáp kéo.
4- Tải.
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Các số liệu cho trƣớc:
 Vận tốc cáp kéo : v = 0.5 m/s.
 Lực kéo cáp : F = 2,5 KN.
 Đặc tính làm việc : Êm.
 Thời gian phục vụ : 15500 giờ.
 Đƣờng kính tang : D = 500mm.
Gọi Pt là công suất tính toán trên trục máy công tác (kw)
Pct là công suất cần thiết trên trục động cơ
η là hiệu suất truyền động
η = η1 2 . η2 3 . η3 . η4
Với:

η1 = 0,98 hiệu suất bộ truyền trục vít bánh vít
η2 = 0,99 hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

η3 = 1 hiệu suất của khớp nối
η4 = 0,96 hiệu suất bộ truyền cáp

Ta có:

Pt = F.v = 2,5.0,5 = 1,25 kw

Áp dụng công thức: Pt = η Pct
Suy ra

12,5

Pct = Pt / η = 0,96.1.0,993 .0.982 = 1,93 KW
Tính số vòng quay của tang:
Nt =

60.1000 .𝑉
𝜋.𝐷

=

60.1000 .0,5
3 ,14.500

= 27 v/ph

Nt : tốc độ quay của tang (V/P)
V = 0,5 m/s: vận tốc của tang.
D = 500 mm: đƣờng kính tang
 Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ

Chọn sơ bộ tỉ số truyền của các bộ truyền:
ihgt = 12 – tỉ số truyền của hộp giảm tốc
ix = 3 – tỉ số truyền của bộ truyền cáp
Số vòng quay của động cơ là:
ndc = nt . ihgt . ix = 27 . 36 = 972 (v/p)
 Chọn động cơ
Vì trong đề tài này sử dụng mạch băm xung để điều khiển tốc độ động cơ nên có
thể chọn loại động cơ có tốc độ cao hơn so với tính toán trên và dùng kỹ thuật
băm xung để điều chỉnh tốc độ động cơ.


Công suất định mức: Pđm = 1,5 kw



Tốc độ quay: ndc = 900 (v/p)

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------3. 3. Tính chọn động cơ vận chuyển vào ra.

Hình 3.3 Động cơ vận chuyển vào ra .
:

1-Động cơ truyền động.
2-Hộp giảm tốc bộ truyền trục vít bánh vít.

3- Thanh răng bánh răng.
4- Tải.

Các số liệu cho trƣớc:
 Vận tốc thanh răng : v = 0.2 m/s.
 Lực kéo thanh răng : F = 1,5 kN.
 Đặc tính làm việc : Êm.
 Thời gian phục vụ : 15500 giờ.
 Đƣờng kính tang : D = 100mm.
Gọi Pt là công suất tính toán trên trục máy công tác (kw)
η là hiệu suất truyền động
η = η1 2 . η2 3 . η3 . η4
Với:

η1 = 0,98 hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ
η2 = 0,99 hiệu suất của 1 cặp ổ lăn
η3 = 1 hiệu suất của khớp nối
η4 = 0,96 hiệu suất bộ truyền bánh răng

Ta có:

Pt = F.v = 1,5.0,7 = 1,05 w

Áp dụng công thức: Pt = η Pct
Suy ra
10,5

Pct = Pt / η = 0,96.1.0,993 .0.982 = 1,62 kW
Tính số vòng quay của tang:
Nt =

60.1000 .𝑉
𝜋.𝐷

=

60.1000 .0,2
3 ,14.100

= 52 v/ph

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Nt : tốc độ quay của tang (V/P)
V = 0,5 m/s: vận tốc của tang.
D = 500 mm: đƣờng kính tang
 Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ
Chọn sơ bộ tỉ số truyền của các bộ truyền:
ihgt = 12 – tỉ số truyền của hộp giảm tốc
ix = 4 – tỉ số truyền của bộ truyền xích
Số vòng quay của động cơ là:
ndc = nt . ihgt . ix = 137 . 48 = 1296 (v/p)
 Chọn động cơ
Vì trong đề tài này sử dụng mạch băm xung để điều khiển tốc độ động cơ nên có
thể chọn loại động cơ có tốc độ cao hơn so với tính toán trên và dùng kỹ thuật
băm xung để điều chỉnh tốc độ động cơ.



Công suất định mức: Pđm = 12 w



Tốc độ quay: ndc = 900 (v/p)

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ PHẦN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
4.1.Giới thiệu chung về vi điều khiển và chíp đƣợc sử dụng.
4.1.1 Giới thiệu về Vi Điều khiển.
Trong rất nhiều ứng dụng nhƣ máy in, máy ATM, Rôbốt , CD play, disk
driver,…thƣờng sử dụng động cơ một chiều. Trong đa số các ứng dụng đó, động cơ
đòi hỏi phải có một bộ điều khiển tốt, hiệu suất cao, nhỏ gọn. Đó là những đòi hỏi hết
sức phức tạp. Phần này sẻ giới thiệu phƣơng pháp “ Điều khiển tốc độ động cơ DC
bằng phƣơng pháp băm xung, sử dụng vi điều khiển AT89C51 và mạch cầu H ” nhằm
đạt đƣợc một số yêu cầu trên. Nếu giải quyết vấn tốt đề trên thì sẽ cải thiện đƣợc chất
lƣợng của các máy sử dụng động cơ DC rất lớn. Nhƣ máy CNC, máy đĩa, rôbốt,……
4.1.1.1 Phần Cứng

Hình 4.1 Sơ đồ khối
4.1.1.2 Chức năng mổi khối:
- Khối hiển thị :
Gồm 2 led 7 thanh hiển thì giá tri tƣơng đƣơng của tốc độ và 3

led đơn với 3màu đỏ, xanh,vàng tƣơng ứng với 3 trạng thái quay thuận, quay nghịch và
dừng lại(stop).
- Khối điều chỉnh: Gồm 5 nút bấm với các chức năng dừng (stop) quay thuận, quay
nghịch, tăng tốc, giảm tốc.
- Khối động cơ: Gồm mạch cầu H sử dụng 2 cặp transistor thuận nghịch để nhận tín
hiệu điều khiển động cơ DC .
- Khối VĐK89C51: Gồm mạch reset,mạch tạo dao dộng và mạch chứa VĐK89C51
cùng các cổng ghép nối vào ra của VĐK thông qua các port.
VI ĐIỀU KHIỂN 8501
Bắt đầu xuất hiện vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, hiện đã có tới hàng trăm
biến thể (derrivatives) đƣợc sản xuất bởi hơn 20 hãng khác nhau, trong đó phải kể đến
các đại gia trong làng bán dẫn (Semiconductor) nhƣ ATMEL, Texas Instrument,
Philips, Analog Devices… Tại Việt Nam, các biến thể của hãng ATMEL là AT89C51,
AT89C52, AT89S51, AT89S52… đã có thời gian xuất hiện trên thị trƣờng khá lâu và
có thể nói là đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong các loại vi điều khiển 8 bit.
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 4.2 Sơ đồ khối tổng quát
Cấu trúc bus
Bus địa chỉ của họ vi điều khiển 8051 gồm 16 đƣờng tín hiệu (thƣờng gọi là bus địa
chỉ 16 bit). Với số lƣợng bit địa chỉ nhƣ trên, không gian nhớ của chip đƣợc mở rộng tối
đa là 216 = 65536 địa chỉ, tƣơng đƣơng 64K. Bus dữ liệu của họ vi điều khiển 8051
gồm 8 đƣờng tín hiệu (thƣờng gọi là bus dữ liệu 8 bit), đó là lý do tại sao nói 8051 là họ
vi điều khiển 8 bit. Với độ rộng của bus dữ liệu nhƣ vậy, các chip họ 8051 có thể xử lý

các toán hạng 8 bit trong một chu kỳ lệnh.
CPU (Central Processing Unit)
CPU là đơn vị xử lý trung tâm, đó là bộ não của toàn bộ hệ thống vi điện tử đƣợc tích
hợp trên chip vi điều khiển. CPU có cấu tạo chính gồm một đơn vị xử lý số học và lôgic
ALU (Arithmethic Logic Unit) - nơi thực hiện tất cả các phép toán số học và phép lôgic
cho quá trình xử lý.
Bộ nhớ chƣơng trình (Program Memory)
Không gian bộ nhớ chƣơng trình của AT89 là 64K byte, tuy nhiên hầu hết các vi
điều khiển AT89 trên thị trƣờng chỉ tích hợp sẵn trên chip một lƣợng bộ nhớ chƣơng
trình nhất định và chiếm dải địa chỉ từ 0000h trở đi trong không gian bộ nhớ chƣơng
trình. AT89C51/AT89S51 có 4K byte bộ nhớ chƣơng trình loại Flash tích hợp sẵn bên
trong chip. Đây là bộ nhớ cho phép ghi/xóa nhiều lần bằng điện, chính vì thế cho phép
ngƣời sử dụng thay đổi chƣơng trình nhiều lần. Số lần ghi/xóa đƣợc thƣờng lên tới hàng
vạn lần.
Bộ nhớ chƣơng trình dùng để chứa mã của chƣơng trình nạp vào chip. Mỗi lệnh đƣợc
mã hóa bởi 1 hay vài byte, dung lƣợng của bộ nhớ chƣơng trình phản ánh số lƣợng lệnh
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------mà bộ nhớ có thể chứa đƣợc. Địa chỉ đầu tiên của bộ nhớ chƣơng trình (0x0000) chính
là địa chỉ Reset của 8051. Ngay sau khi reset (do tắt bật nguồn, do mức điện áp tại chân
RESET bị kéo lên 5V...), CPU sẽ nhảy đến thựchiện lệnh đặt tại địa chỉ này trƣớc tiên,
luôn luôn là nhƣ vậy. Phần còn trống trong không gian chƣơng trình không dùng để làm
gì cả. Nếu muốn mở rộng bộ nhớ chƣơng trình, ta phải dùng bộ nhớ chƣơng trình bên
ngoài có dung lƣợng nhƣ ý muốn. Tuy nhiên khi dùng bộ nhớ chƣơng trình ngoài, bộ
nhớ chƣơng trình onchip không dùng đƣợc nữa, bộ nhớ chƣơng trình ngoài sẽ chiếm dải
địa chỉ ngay từ địa chỉ 0x0000.

Bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)
Vi điều khiển họ 8051 có không gian bộ nhớ dữ liệu là 64K địa chỉ, đó cũng là
dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu lớn nhất mà mỗi chip thuộc họ này có thể có đƣợc (nếu phối
ghép một cách chính tắc, sử dụng các đƣờng tín hiệu của bus địa chỉ và dữ liệu). Bộ nhớ
dữ liệu của các chip họ 8051 có thể thuộc một hay hai loại: SRAM hoặc EEPROM. Bộ
nhớ dữ liệu SRAM đƣợc tích hợp bên trong mọi chip thuộc họ vi điều khiển này, có
dung lƣợng khác nhau tùy loại chip, nhƣng thƣờng chỉ khoảng vài trăm byte. Đây chính
là nơi chứa các biến trung gian trong quá trình hoạt động của chip. khi mất điện, do bản
chất của SRAM mà giá trị của các biến này cũng bị mất theo. Khi có điện trở lại, nội
dung của các ô nhớ chứa các biến này cũng là bất kỳ, không thể xác định trƣớc. Bên
cạnh bộ nhớ loại SRAM, một số chip thuộc họ 8051 còn có thêm bộ nhớ dữ liệu loại
EEPROM với dung lƣợng tối đa vài Kbyte, tùytừng loại chip cụ thể. Dƣới đây là một
vài ví dụ về bộ nhớ chƣơng trình của một số loại chip thông dụng thuộc họ 8051
Bảng 4.1 Họ 8051
STT
1
2
3
4
5
6

Tên chip
AT89C51
AT89C52
AT89C2051
AT89S51
AT89S52
AT89S8252

Bộ nhớ SRAM
128 byte
256 byte
128 byte
128 byte
256 byte
256 byte

Bộ nhớ EEPROM
0
0
0
0
0
2048 byte

Đối với các chip có bộ nhớ SRAM 128 byte thì địa chỉ của các byte SRAM này đƣợc
đánh số từ 00h đến 7Fh. Đối với các chip có bộ nhớ SRAM 256 byte thì địa chỉ của các
byte SRAM đƣợc đánh số từ 00h đến FFh. Ở cả hai loại chip, SRAM có địa chỉ từ 00h
đến 7Fh đƣợc gọi là vùng RAM thấp, phần có địa chỉ từ 80h đến FFh (nếu có) đƣợc gọi
là vùng RAM cao.
Bên cạnh các bộ nhớ, bên trong mỗi chip 8051 còn có một tập hợp các thanh
ghi chức năng đặc biệt (SFR – Special Function Register). Các thanh ghi này lien quan
đến hoạt động của các ngoại vi onchip (các cổng vào ra, timer, ngắt ...). Địa chỉ của
chúng trùng với dải địa chỉ của vùng SRAM cao, tức là cũng có địa chỉ từ 80h đến FFh.

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 20

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Bảng 2.Các thanh nghi đặc biệt SFR

Cổng vào ra song song (I/O Port)
8051 có 4 cổng vào ra song song, có tên lần lƣợt là P0, P1, P2 và P3. Tất cảcác cổng
này đều là cổng vào ra hai chiều 8bit. Các bit của mỗi cổng là một chân trên chip, nhƣ
vậy mỗi cổng sẽ có 8 chân trên chip. Hƣớng dữ liệu dùng cổng đó làm cổng ra hay cổng
vào) là độc lập giữa các cổng và giữa các chân (các bit) trong cùng một cổng. Ví dụ, ta
có thể định nghĩa cổng P0 là cổng ra, P1 là cổng vào hoặc ngƣợc lại một cách tùy ý, với
cả 2 cổng P2
và P3 còn lại cũng vậy. Trong cùng một cổng P0, ta cũng có thể định nghĩa chân P0.0 là
cổng vào, P0.1 lại là cổng ra tùy ý.
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 21


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Cổng P0 không có điện trở treo cao (pullup resistor) bên trong, mạch lái tạomức cao
chỉ có khi sử dụng cổng này với tính năng là bus dồn kênh địa chỉ/dữ liệu. Nhƣ vậy với
chức năng ra thông thƣờng, P0 là cổng ra open drain, với chức năng vào, P0 là cổng vào
cao trở (high impedance). Nếu muốn sử dụng cổng P0 làm cổng vào/ra thông thƣờng, ta
phải thêm điện trở pullup bên ngoài. Giá trị điện trở pullup bên ngoài thƣờng từ 4K7
đến 10K.
Các cổng P1, P2 và P3 đều có điện trở pullup bên trong, do đó có thể dùng với chức
năng cổng vào/ra thông thƣờng mà không cần có thêm điện trở pullup bên ngoài. Thực
chất, điện trở pullup bên trong là các FET, không phải điện trở tuyến tính thông thƣờng,
tuy vậy nhƣng khả năng phun dòng ra của mạch lái khi đầu ra ở mức cao (hoặc khi là
đầu vào) rất nhỏ, chỉ khoảng 100 micro Ampe.

Cổng vào ra nối tiếp (Serial Port)
Cổng nối tiếp trong 8051 chủ yếu đƣợc dùng trong các ứng dụng có yêu cầu truyền
thông với máy tính, hoặc với một vi điều khiển khác. Liên quan đến cổng nối tiếp chủ
yếu có 2 thanh ghi: SCON và SBUF. Ngoài ra, một thanh ghi khác là thanh ghi PCON
(không đánh địa chỉ bit) có bit 7 tên là SMOD quy định tốc độ truyền của cổng nối tiếp
có gấp đôi lên (SMOD = 1) hay không (SMOD = 0).
Ngắt (Interrupt)
8051 chỉ có một số lƣợng khá ít các nguồn ngắt (interrupt source) hoặc có thể gọi là
các nguyên nhân ngắt. Mỗi ngắt có một vector ngắt riêng, đó là một địa chỉ cố định nằm
trong bộ nhớ chƣơng trình, khi ngắt xảy ra, CPU sẽ tự động nhảy đến thực hiện lệnh
nằm tại địa chỉ này.
Với 8052, ngoài các ngắt trên còn có thêm ngắt của timer2 (do vi điều khiểnnày có
thêm timer2 trong số các ngoại vi onchip).
Mỗi ngắt đƣợc dành cho một vector ngắt kéo dài 8byte. Về mặt lý thuyết, nếu chƣơng
trình đủ ngắn, mã tạo ra chứa đủ trong 8 byte, ngƣời lập trình hoàn toàn có thể đặt phần
chƣơng trình xử lý ngắt ngay tại vector ngắt. Tuy nhiên trong hầu hết các trƣờng hợp,
chƣơng trình xử lý ngắt có dung lƣợng mã tạo ra lớn hơn 8byte nên tại vector ngắt, ta
chỉ đặt lệnh nhảy tới chƣơng trình xử lý ngắt nằm ở vùng nhớ khác. Nếu không làm vậy,
mã chƣơng trình xử lý ngắt này sẽ lấn sang, đè vào vector ngắt kế cận.
Bảng 4.3 Tóm tắt các ngắt trong 8051

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Để cho phép một ngắt, bit tƣơng ứng với ngắt đó và bit EA phải đƣợc đặt

bằng 1. Thanh ghi IE là thanh ghi đánh địa chỉ bit, do đó có thể dùng các lệnh tác động
bit để tác động riêng rẽ lên từng bit mà không làm ảnh hƣởng đến giá trị các bit khác.
Cờ ngắt hoạt động độc lập với việc cho phép ngắt, điều đó có nghĩa là cờ ngắt sẽ tự
động đặt lên bằng 1 khi có sự kiện gây ngắt xảy ra, bất kể sự kiện đó có đƣợc cho phép
ngắt hay không. Do vậy, trƣớc khi cho phép một ngắt, ta nên xóa cờ của ngắt đó để đảm
bảo sau khi cho phép, các sự kiện gây ngắt trong quá khứ không thể gây ngắt nữa.
8051 có 2 ngắt ngoài là INT0 và INT1. Ngắt ngoài đƣợc hiểu là ngắt đƣợc gây ra
bởi sự kiện mức lôgic 0 (mức điện áp thấp, gần 0V) hoặc sƣờn xuống (sự chuyển mức
điện áp từ mức cao về mức thấp) xảy ra ở chân ngắt tƣơng ứng (P3.2 với ngắt ngoài 0
và P3.3 với ngắt ngoài 1). Việc lựa chọn kiểu ngắt đƣợc thực hiện bằng các bit IT
(Interrupt Type) nằm trong thanh ghi TCON. Đây là thanh ghi điều khiển timer nhƣng 4
bit LSB (bit0..3) đƣợc dùng cho các ngắt ngoài.
Bảng 4.4 Thanh ghi ngắt ngoài.

Khi bit ITx = 1 thì ngắt ngoài tƣơng ứng đƣợc chọn kiểu là ngắt theo sƣờn xuống,
ngƣợc lại nếu bit ITx = 0 thì ngắt ngoài tƣơng ứng đƣợc sẽ có kiểu ngắt là ngắt theo
mức thấp. Các bit IE là các bit cờ ngắt ngoài, chỉ có tác dụng trong trƣờng hợp kiểu ngắt
đƣợc chọn là ngắt theo sƣờn xuống. Khi kiểu ngắt theo sƣờn xuống đƣợc chọn thì ngắt
sẽ xảy ra duy nhất một lần
khi có sƣờn xuống của tín hiệu, sau đó khi tín hiệu ở mức thấp, hoặc có sƣờn lên, hoặc ở
mức cao thì cũng không có ngắt xảy ra nữa cho đến khi có sƣờn xuống tiếp theo. Cờ
ngắt IE sẽ dựng lên khi có sƣờn xuống và tự động bị xóa khi CPU bắt đầu xử lý ngắt.
Khi kiểu ngắt theo mức thấp đƣợc chọn thì ngắt sẽ xảy ra bất cứ khi nào tín hiệu tạ i
chân ngắt ở mức thấp. Nếu sau khi xử lý xong ngắt mà tín hiệu vẫn ở mức thấp thì lại
ngắt tiếp, cứ nhƣ vậy cho đến khi xử lý xong ngắt lần thứ n , tín hiệu đã lên mức cao rồi
thì thôi không ngắt nữa. Cờ ngắt IE trong trƣờng hợp này không có ý nghĩa gì cả.Thông
thƣờng kiểu ngắt hay đƣợc chọn là ngắt theo sƣờn xuống.
Bộ định thời/Bộ đế m (Time r/Counter)
8051 có 2 timer tên là timer0 và timer1. Các timer này đều là timer 16bit, giátrị
đếm max do đó bằng 216 = 65536 (đếm từ 0 đến 65535).

----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------Hai timer có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau và độc lập. Sau khi cho
phép chạy, mỗi khi có thêm một xung tại đầu vào đếm, giá trị của timer sẽ tự động đƣợc
tăng lên 1 đơn vị, cứ nhƣ vậy cho đến khi giá trị tăng lên vƣợt quá giá trị max mà thanh
ghi đếm có thể biểu diễn thì giá trị đếm lại đƣợc đƣa trở về giá trị min (thông thƣờng
min = 0). Sự kiện này đƣợc hiểu là sự kiện tràn timer (overflow) và có thể gây ra ngắt
nếu ngắt tràn timer đƣợc cho phép (bit ETx trong thanh ghi IE = 1). Việc cho timer
chạy/dừng đƣợc thực hiện bởi các bit TR trong thanh ghi TCON (đánh địa chỉ đến từng
bit).
Bảng 4.5 Thanh ghi điều khiển TCON

Khi bit TRx = 1, timerx sẽ đếm, ngƣợc lại khi TRx = 0, timerx sẽ không đếm mặc
dù vẫn có xung đƣa vào. Khi dừng không đếm, giá trị của timer đƣợc giữ nguyên. Các
bit TFx là các cờ báo tràn timer, khi sự kiện tràn timer xảy ra, cờ sẽ đƣợc tự động đặt
lên bằng 1 và nếu ngắt tràn timer đƣợc cho phép, ngắt sẽ xảy ra. Khi CPU xử lý ngắt
tràn timerx, cờ ngắt TFx tƣơng ứng sẽ tự động đƣợc xóa về 0. Giá trị đếm 16bit của
timerx đƣợc lƣu trong hai thanh ghi THx (byte cao) và TLx (byte thấp). Hai thanh ghi
này có thể ghi/đọc đƣợc bất kỳ lúc nào. Tuy nhiên nhà sản xuất khuyến cáo rằng nên
dừng timer (cho bit TRx = 0) trƣớc khi ghi/đọc các thanh ghi chứa giá trị đếm. Các
timer có thể hoạt động theo nhiều chế độ, đƣợc quy định bởi các bittrong thanh ghi
TMOD (không đánh địa chỉ đến từng bit).
Để xác định thời gian, ngƣời ta chọn nguồn xung nhịp (clock) đƣa vào đếm trong
timer là xung nhịp bên trong (dành cho CPU). Nguồn xung nhịp này thƣờng rất đều đặn
(có tần số ổn định), do đó từ số đếm của timer ngƣời ta có thể nhân với chu kỳ xung
nhịp để tính ra thời gian trôi qua. Timer lúc này đƣợc gọi chính xác với cái tên “timer”,

tức bộ định thời.
Để đếm các sự kiện bên ngoài, ngƣời ta chọn nguồn xung nhịp đƣa vào đếm trong timer
là tín hiệu từ bên ngoài (đã đƣợc chuẩn hóa về dạng xung vuông 0V/5V). Các tín hiệu
này sẽ đƣợc nối với các bit cổng có dồn kênh thêm các tính năng T0/T1/T2. Khi có sự
kiện bên ngoài gây ra thay đổi mức xung ở đầu vào đếm, timer sẽ tự động tăng lên 1
đơn vị giống nhƣ trƣờng hợp đếm xung nhịp bên trong. Lúc này, timer đƣợc gọi chính
xác với cái tên khác: “counter”, tức bộ đếm (sự kiện). Nhìn vào bảng mô tả thanh ghi
TMOD bên trên, ta có thể nhận thấy có 2 bộ 4 bit giống nhau (gồm GATEx, C/Tx, Mx0
và Mx1) dành cho 2 timer0 và 1. Ý nghĩa các bit là nhƣ nhau đối với mỗi timer.
Bit GATEx quy định việc cho phép timer đếm (run timer). Nếu GATEx = 0,timerx
sẽ đếm khi bit TRx bằng 1, dừng khi bit TRx bằng 0. Nếu GATEx = 1, timerx sẽ chỉ
đếm khi bit TRx = 1 và tín hiệu tại chân INTx = 1, dừng khi một trong hai điều kiện
trên không còn thỏa mãn. Thông thƣờng ngƣời ta dùng timer với GATE = 0, chỉ dùng
timer với GATE = 1 trong trƣờng hợp muốn đo độ rộng xung vì lúc đó timer sẽ chỉ đếm
thời gian khi xung đƣa vào chân INTx ở mức cao. Bit C/Tx quy định nguồn clock đƣa
vào đếm trong timer. Nếu C/Tx = 0, timer sẽ đƣợc cấu hình là bộ định thời, nếu C/Tx =
1, timer sẽ đƣợc cấu hình là bộ đếm sự kiện. Hai bit còn lại (Mx0 và Mx1) tạo ra 4 tổ
hợp các giá trị (00,01,10 và 11) ứng với 4 chế độ hoạt động khác nhau của timerx.
Trong 4 chế độ đó thƣờng chỉ dùng chế độ timer/counter 16bit (Mx1 = 0, Mx0 = 1) và
chế độ Auto Reload 8bit timer/counter (Mx1 = 1, Mx0 = 0).Trong chế độ timer/counter
16bit, giá trị đếm (chứa trong hai thanh ghi THx và TLx) tự động đƣợc tăng lên 1 đơn vị
mỗi lần nhận đƣợc thêm một xung nhịp. Khi giá trị đếm tăng vƣợt quá giá trị max
65535 thì sẽ tràn về 0, cờ ngắt TFx đƣợc tự động đặt = 1. Chế độ này đƣợc dùng trong
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC: HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ
GVHD: ĐẶNG PHƢỚC VINH
------------------------------------------------------------------------------------------------------các ứng dụng đếm thời gian và đếm sự kiện. Trong chế độ Auto Reload 8bit, giá trị đếm

sẽ chỉ đƣợc chứa trong thanh ghi TLx, còn giá trị của thanh ghi THx bằng một số n (từ 0
đến 255) do ngƣời lập trình đƣa vào. Khi có thêm 1 xung nhịp, giá trị đếm trong TLx
đƣơng nhiên cũng tăng lên 1 đơn vị nhƣ bình thƣờng. Tuy nhiên trong trƣờng hợp này,
giá trị đếm lớn nhất là 255 chứ không phải 65535 nhƣ trƣờng hợp trên vì timer/counter
chỉ còn 8bit. Do vậy sự kiện tràn lúc này xảy ra nhanh hơn, chỉ cần vƣợt quá 255 là giá
trị đếm sẽ tràn. Cờ ngắt TFx vẫn đƣợc tự động đặt = 1 nhƣ trong trƣờng hợp tràn 16bit.
Điểm khác biệt là thay vì tràn về 0, giá trị THx sẽ đƣợc tự động nạp lại (Auto Reload)
vào thanh ghi TLx, do đó timer/counter sau khi tràn sẽ có giá trị bằng n (giá trị chứa
trong THx) và sẽ đếm từ giá trị n trở đi. Chế độ này đƣợc dùng trong việc tạo Baud rate
cho truyền thông qua cổng nối tiếp.
Để sử dụng timer của 8051, hãy thực hiện các bƣớc sau:
- Quy định chế độ hoạt động cho timer bằng cách tính toán và ghi giá trị cho
các bit trong thanh ghi TMOD.
- Ghi giá trị đếm khởi đầu mong muốn vào 2 thanh ghi đếm THx và TLx. Đôi
khi ta không muốn timer/counter bắt đầu đếm từ 0 mà từ một giá trị nào đó để thời điểm
tràn gần hơn, hoặc chẵn hơn trong tính toán sau này.
Ví dụ nếu cho timer đếm từ 15535 thì sau 50000 xung nhịp (tức 50000 micro giây với
thạch anh 12MHz) timer sẽ tràn, và thời gian một giây có thể dễ dàng tính ra khá chính
xác = 20 lần tràn của timer (đƣơng nhiên mỗi lần tràn lại phải nạp lại giá trị 15535).
- Đặt mức ƣu tiên ngắt và cho phép ngắt tràn timer (nếu muốn).
- Dùng bit TRx trong thanh ghi TCON để cho timer chạy hay dừng theo ý muốn.
4.1.2 Giới thiệu cách điều chế xung PWM điều khiển động cơ một chiều.
Để điều khiển đƣợc tốc độ động cơ thì ta chỉ cần thay đổi độ rộng xung trong vi
điều khiển. Độ rộng xung càng lớn thì động cơ quay càng nhanh.
Nhƣ chúng ta đã biết thì việc điều khiển nhấp nháy 1 con LED cũng là chúng ta đã
điều chế đƣợc PWM rồi nhƣng xung đó có độ rộng thay đổi và tần số lớn và có thể điều
khiển nó bằng hàm trễ (delay). Tuy nhiên khi dùng hàm delay thì trong thời gian xung
lên 5V và xuống 0V thì vi điều khiển không làm gì cả hơn nữa việc tạo xung hàm delay
thì nếu ta muốn phát xung ở 2 kênh có độ rộng thay đổi là rất khó khăn cho nên chúng
ta sử dụng bộ định thời timer ở đây là phƣơng pháp tối ƣu nhất

Ngắt của bộ định thời Timer
Ngắt là sự đáp ứng những sự kiện bên trong và bên ngoài nhằm thông báo cho bộ vi
điều khiển biết thiết bị đang cần phục vụ.

Hình 4.3 sơ đồ ngắt chung
----------------------------------------------------------------------------------------------------- -SVTH:
Trang 25