tổng quan về vật t , linh kiện cho dự án

tổng công ty công nghiệp tàu thủy việt nam
công ty cơ khí - điện - điện tử tàu thủy
_________________________________________________

Chơng trình KHCN cấp nhà nớc KC 06
"ứng dụng công nghệ tiên tiến trong sản xuất sản phẩm xuất
khẩu và sản phẩm chủ lực"

Dự án

Chế tạo một số phần tử và thiết bị điều khiển,
đo lờng quan trọng trên tàu thủy
bằng phơng pháp chuẩn module và ứng dụng
các công nghệ tiên tiến
Mã số KC 06. DA.13.CN
______________________________________________________

Chuyên đề: tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

TS Nguyễn gia thái

5473-2

Hà Nội - 5/2005


Mục lục
Lời nói đầu ............................................................................................................2
I. Tổng quan về một số dòng vật t linh kiện....................................3
1.1. Vai trò của vật t, linh kiện ...........................................................................3
1.2. Phân loại vật t linh kiện...............................................................................4

1.3. Phơng pháp đánh giá vật t, linh kiện. .......................................................4
1.3.1 Đảm bảo đợc độ tin cậy cao. ...................................................................5
1.3.2 Tính thích nghi với môi trờng làm việc..................................................5
1.3.3 Tính kinh tế...............................................................................................5
1.3.4 Tính thông dụng, tính thay thế. ...............................................................6
II. xu hớng sử dụng vật t linh kiện hiện nay................................6
2.1. Lịch sử của kỹ thuật điều khiển đo lờng......................................................6
2.2 Xu hớng sử dụng các loại vật t linh kiện. ...................................................7
IIi. đề xuất việc lựa chọn vật t linh kiện sử dụng cho dự án.9
3.1. Cơ sở để lựa chọn. ...........................................................................................9
3.2 Đề xuất việc lựa chọn vật t, linh kiện ...........................................................9
3.3 Lựa chọn vi điều khiển ..................................................................................11
3.3.1 Họ vi điều khiển MCS 51( Microcontrol system) ................................11
3.3.2. Vi điều khiển PIC (Program Intergrate Circuit)...................................12
3.3.3. Vi điều khiển AVR (Atmel) ....................................................................13
3.4 Lựa chọn ADC ................................................................................................14
3.5 Lựa chọn thiết bị hiển thị (Đèn báo, LCD, màn hình...) ..............................14
3.5 Công nghệ ASIC (Application - Specific Integrated Circuit) .......................15
3.6 Các phần tử khác. ..........................................................................................15
3.7 Công nghệ bảo vệ mạch .................................................................................16
3.7 Khả năng cung cấp trong quá trình triển khai dự án. .................................16
iV.kết luận..........................................................................................................17

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

1


Lời nói đầu
Tàu thuỷ là một trong những phơng tiện vận tải rất quan trọng, đặc

biệt là đối với các quốc gia nằm ven biển nh Việt Nam. Khi thực hiện các
chức năng chính là vận tải, tàu có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài
trên biển, chuyên chở đợc nhiều hàng hoá đến các cảng xa bờ với giá thành
rẻ. Ngoài ra, phơng tiện này còn mang lại lợi ích phục vụ rất lớn cho việc
thăm dò đại dơng, đánh bắt hải sản xa bờ, và đặc biệt là đảm bảo an ninh
quốc phòng đối với vùng biển và hải đảo.
Trong giai đoạn hiện nay, theo đờng lối đổi mới, phát triển công
nghiệp hoá, hiện đại hoá Đất nớc nói chung và chủ trơng hiện đại hoá
ngành công nghiệp đóng tàu cũng nh nội địa hoá các sản phẩm của ngành
tàu thuỷ. Các cán bộ, nhân viên của ngành tàu thuỷ đã không ngừng nâng
cao năng lực thiết kế, cải tạo chiều sâu, đổi mới công nghệ đóng mới hàng
loạt tầu. Cùng với việc đóng mới là vấn đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ứng
dụng kỹ thuật tự động hoá và vi xử lý để dần dần nội địa hoá các sản phẩm
trên tàu thuỷ.
Trong điều kiện khoa học công nghệ trong nớc cha phát triển
mạnh, thì một số các vật t linh kiện chủ yếu ta vẫn cha sản xuất đợc,
mà ta chỉ sử dụng các vật t linh kiện đó để dùng cho việc chế tạo các sản
phẩm. Trong dự án sản xuất thực nghiệm cấp nhà nớc KC06.DA.13.CN,
việc lựa chọn linh kiện cho chế tạo các module chuẩn hoá các phần tử, thiết
bị tự động hoá trên tàu là một vấn đề rất quan trọng, nó ảnh hởng đến
việc sản xuất hàng loạt các sản phẩm cũng nh liên quan đến chất lợng
sản phẩm, giá thành. Trong giới hạn chuyên đề này chỉ đề cập đến các vật
t linh kiện trong lĩnh vực các thiết bị đo lờng điều khiển.

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

2


I. Tổng quan về một số dòng vật t linh kiện

1.1. Vai trò của vật t, linh kiện
Sự tiến bộ trong kỹ thuật hiện đại đợc dựa trớc tiên vào sự tối u
hoá kỹ thuật trong ý nghĩa kinh tế. Tiến bộ kỹ thuật thực chất là tiến bộ
kinh tế. Cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông tin thì các phần tử và
thiết bị đo lờng trên tàu cũng dần đợc số hoá thay cho các mạch rơ le,
mạch bảo vệ tơng tự. Với sự trợ giúp của công nghệ bán dẫn và kỹ thuật
số, các vật t, linh kiện đã dần dần đợc tối u hoá về kiến trúc hệ thống
cũng nh kích thớc vật lý nhng vẫn đảm bảo đợc những tính năng cơ
bản của các phần tử thiết bị, thậm chí còn có sự nhảy vọt về công nghệ, bổ
sung thêm nhiều tính năng cho các thiết bị do có sự tham gia của các phần
tử linh kiện thông minh, cùng với việc sử dụng công nghệ thông tin vào
ứng dụng, các sản phẩm sử dụng các linh kiện tích hợp đã rất mềm dẻo và
có tính mở. Với cùng một phần cứng nhng ta có thể thay đổi đợc các chức
năng hoạt động của cả sản phẩm thông qua việc thay đổi phần mềm nạp
vào các bộ vi tích hợp. Ngày nay thờng kết hợp các phần mềm ứng dụng,
phần mềm lập trình với các phần cứng để tạo ra các sản phẩm có nhiều
tính năng, nhiều tác dụng với độ tin tởng, chính xác cao, đặc biệt là tính
hiệu quả của sản phẩm đã đợc nâng lên.
Do vậy các giải pháp công nghệ phần mềm ứng dụng và lập trình đã
đóng góp rất lớn và quan trọng vào công cuộc đổi mới kỹ thuật trong việc
thiết kế, chế tạo ra các sản phẩm. Nhng đi song song với giải pháp công
nghệ phần mềm ứng dụng và lập trình thì công nghệ phần cứng cũng đóng
một vai trò hết sức quan trọng, trong đó việc lựa chọn vật t linh kiện là
quan trọng nhất, nếu nh phần cứng không có sự phát triển mạnh mẽ thì
việc áp dụng các giải pháp công nghệ phần mềm ứng dụng và lập trình
không mang tính thực tế và hiệu quả trong việc chế tạo ra các sản phẩm.
Do vậy, không những bây giờ mà ngay cả khi khoa học công nghệ
cha phát triển thì vật t linh kiện cũng rất quan trọng, nó ảnh hởng đến
chất lợng của sản phẩm, đến tính năng và kết cấu của sản phẩm. Đặc biệt
trong nền khoa học phát triển mạnh mẽ nh ngày nay thì vật t, linh kiện

ngày càng có một vai trò quyết định chất lợng hệ điều khiển đo lờng, nó

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

3


giúp cho sản phẩm ngày càng có độ chính xác cao, thời gian xử lý nhanh
chóng, giảm tối thiểu về kích thớc, khối lợng và đặc biệt đối với những
linh kiện tích hợp thì khả năng mở là rất lớn nó không chỉ đáp ứng một
tính năng sử dụng mà có khả năng đáp ứng cùng lúc nhiều chức năng khác
nhau, có tính mềm dẻo cao khi thay đổi yêu cầu điều khiển hoặc nâng cấp
mà không phải thay đổi linh kiện, dẫn đến không phải thay đổi cả một sản
phẩm.
1.2. Phân loại vật t linh kiện.
Hiện nay trên thị trờng có rất nhiều các chủng loại vật t, linh kiện
khác nhau. Mỗi loại có các tính năng, mục đích sử dụng khác nhau, nhng
cũng có loại có khả năng đáp ứng đợc vào nhiều mục đích, chức năng khác
nhau. Để đánh giá và phân loại vật t linh kiện thì có rất nhiều phơng
pháp nh: Theo mục đích sử dụng, theo tính năng, theo cấu trúc....Trong
giới hạn chuyên đề này đa ra cách phân loại theo tính năng của vật t,
linh kiện theo chức năng sử dụng của vật t, linh kiện:
* Linh kiện tích hợp(Các bộ vi sử lý, PLC, AVR, PIC, FPGA...)
* Linh kiện điều khiển.
+ Điều khiển công suất ( Các tisistor, tranzitor,rơle...)
+ Điều khiển tín hiệu (IC số, CMOS,...).
* Linh kiện chuẩn hoá dữ liệu( ADC, DAC....)
* Linh kiện giải mã ( các bộ dồn kênh, phân kênh...).
* Linh kiện thao tác và hiển thị( Các nút ấn, LCD, đèn...)
* Linh kiện cho truyền thông(Các bus truyền, các linh kiện chuyển

đổi tín hiệu và truyền tín hiệu... )
1.3. Phơng pháp đánh giá vật t, linh kiện.
Mỗi một sản phẩm đa ra trên thị trờng đều đợc nghiệm thu và
đánh giá chất lợng, tính năng và các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm. Để
sản phẩm đợc chất lợng cao thì vật t linh kiện dùng cho sản phẩm có
chất lợng tốt. Do vậy ta phải đánh giá đợc vật t, linh kiện sẽ dùng cho
sản phẩm. Có nhiều phơng án để đánh giá vật t, linh kiện, trong chuyên

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

4


đề này đa ra một số tiêu chí chung để đánh giá các vật t linh kiện phải
đạt đợc.
1.3.1 Đảm bảo đợc độ tin cậy cao.
Độ tin cậy của thiết bị, hệ thống phụ thuộc vào độ tin cậy của từng
linh kiện, phần tử cấu thành. Vì vậy độ tin cậy của vật t linh kiện là điều
kiện tiên quyết, nó ảnh hởng chủ yếu đến chất lợng và tính chính xác
của sản phẩm. Ngày nay công nghệ phát triển mạnh sử dụng các đầu vào,
ra của sản phẩm chủ yếu là tín hiệu số, các tín hiệu chuẩn về điện áp, dòng
điện. Do vậy, một khi có một trong các vật t linh kiện không có tính ổn
định thì sẽ gây ra tín hiệu đó sẽ bị sai lệch, nếu tính ổn định không đảm
bảo càng nhiều, hay có nhiều linh kiện mất đi tính ổn định thì sự sai số về
các tín hiệu đầu ra hay sự sai lệch trong hệ thống sẽ càng lớn. Dẫn đến hệ
thống không chính xác, mất đi độ tin cậy cao trong toàn bộ hệ thống.
1.3.2 Tính thích nghi với môi trờng làm việc
Cũng nh sự mất độ tin cậy của hệ thống thì linh kiện cũng phải
đảm bảo tính thích nghi cao với môi trờng làm việc, đặc biệt với môi
trờng khắc nhiệt của tàu thuỷ. Khi không đáp ứng đợc yêu cầu này thì

sản phẩm sẽ bị ảnh hởng rất lớn, trong những điều kiện môi trờng nhất
định thì hệ thống mới làm việc đợc sẽ gây ra những khó khăn vô cùng lớn
cho các hệ thống mà yêu cầu, đòi hỏi tính liên tục hay chính xác cao. Bởi vì,
chủ yếu các sản phẩm trên tàu thuỷ thờng phải đảm bảo tính liên tục cao,
khi một hệ thống không thích ứng đợc với môi trờng sẽ gây ra sự mất
điều khiển hay liên lạc trên tàu, gây ra những hậu quả khôn lờng.
1.3.3 Tính kinh tế
Nh trên ta đã đề cập, sự tiến bộ kinh tế đợc dựa trớc tiên vào sự
tối u hoá kỹ thuật. Tiến bộ kỹ thuật thực chất là tiến bộ kinh tế, nó chi
phối rất lớn đến hiệu quả tham gia của linh kiện trong sản phẩm. Do

vậy,

khi đánh giá vật t linh kiện đó ta cũng xem xét về khía cạnh kinh tế, với
khoa học công nghệ phát triển nh hiện nay thì các vật t, linh kiện khi
đa vào sản xuất đều sản xuất hàng loạt trên dây truyền, do vậy giá thành
chi phí để sản xuất linh kiện sẽ giảm một cách đáng kể. Nếu sử dụng các
vật t linh kiện đó mà tính kinh tế không đợc đặt ra thì sau một thời gian
nó sẽ bị thay thế bằng một loại vật t, linh kiện khác mà vẫn có tính năng
Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

5


tác dụng nhng lại đảm bảo tính kinh tế của sản phẩm, khi đó linh kiện
vật t không có tính kinh tế sẽ bị loại bỏ và ảnh hởng đến sản phẩm.Do
vậy nó cũng là một yêu cầu trong phơng pháp đánh giá vật t linh kiện.
1.3.4 Tính thông dụng, tính thay thế.
Mỗi mỗi sản phẩm khi đa vào sử dụng, sau một thời gian có sự hỏng
hóc, khi đó vật t linh kiện không thông dụng thì sẽ khó cho việc tìm kiếm

để thay thế, mất thời gian, đôi khi nó ảnh hởng rất nhiều đến lợi ích vật
chất và tinh thần của ngời sử dụng nó. Mặt khác khi muốn nâng cấp,
hoán cải một phần nhỏ trong sản phẩm mà trên thị trờng lại không còn
hoặc khó tìm kiếm sẽ mất rất nhiều công sức, thời gian để có thể tìm kiếm
đợc các vật t linh kiện.
Mặt khác vật t, linh kiện không có tính thông dụng sẽ dẫn đến sản
phẩm sử dụng các vật t linh kiện đó khó sản xuất hàng loạt, không linh
hoạt trong việc phát triển sản phẩm, gây ra sự mất kinh tế và hiệu quả của
các sản phẩm sử dụng vật t linh kiện đó.

II. xu hớng sử dụng vật t linh kiện hiện nay
2.1. Lịch sử của kỹ thuật điều khiển đo lờng
Kể từ khi diễn ra cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ II (vào
đầu thế kỷ XIX) trên thế giới, ở các nớc công nghiệp phát triển, ngời ta
đã biết ứng dụng các thành tựu kỹ thuật thời kỳ đó vào việc tự động điều
khiển trên tàu thuỷ.
Ban đầu ngời ta còn ứng dụng các dạng năng lợng đơn giản nh cơ
năng, động năng, thế năng để điều khiển hoạt động trên tàu. Đặc điểm của
dạng năng lợng này là phải điều khiển tại vị trí đặt các thiết bị điều
khiển. Nên số lợng các trạm điều khiển trên tàu thờng nhiều, dẫn đến số
lợng ngời phục vụ trên tàu lớn. Thêm vào đó việc áp dụng tự động điều
khiển trên tàu rất hạn chế, nên thời gian trực ca của ngời vận hành trên
tàu kéo dài, gây tâm lý căng thẳng và mệt mỏi dẫn đến chất lợng không
đảm bảo hệ thống hoạt động không có độ tin cậy cao.
Đến khi các nguồn năng lợng khí nén và thuỷ lực đợc sử dụng rộng
rãi trên tàu thì mức độ tự động hoá điều khiển trên tàu đã tiến thêm một
bớc. Các đại lợng điều khiển đợc tập trung ở mức độ cao, tạo nên các
Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

6

trung tâm điều khiển lớn, điều khiển hầu hết các hoạt động của các máy
móc phục vụ cho hành trình của con tàu. Mức độ tự động hoá đợc nâng lên
và các thao tác điều khiển giảm đi. Tạo sự thoải mái và th giãn cho ngời
vận hành ở bàn điều khiển.
Hệ thống đo lờng và điều khiển trên thế giới những năm 60-70 mới
chỉ đơn thuần là hệ thống cơ điện. Các tín hiệu đo đợc truyền trực tiếp từ
các sensor chủ yếu là các tín hiệu điện áp, dòng điện. Cấu trúc hệ thống
song song rất tốn dây điện. Thiết bị hiển thị các thông số đo đều bằng các
dụng cụ đo bởi các cơ cấu đo: điện từ, từ điện, điện động hay cảm ứng.
Đến những năm 70 - 80, thế hệ các hệ thống đo và điều khiển mới ra
đời có ứng dụng các kỹ thuật điện tử. Thời điểm này ngời Mỹ đã nghiên
cứu chế tạo ra hệ thống ứng dụng máy tính trong đo lờng và điều khiển,
hệ CAMAX. Thời kỳ này Liên Xô cũng đã thiết kế đợc hệ thống tơng tự
mang tên BK. Đến năm 1992, các hệ thống thông tin đo lờng điều khiển
đều là các hệ thống đo và điều khiển tập trung.
Từ khi ra đời đến nay công nghệ sản xuất mạch tích hợp đã đạt đợc
những thành tựu to lớn. Ngày nay một chip điện tử có thể tích hợp hàng
triệu, trăm triệu cổng logic, tốc độ, độ trễ tín hiệu ngày càng đợc cải thiện
đáp ứng đợc các yêu cầu về xử lý. Hiện nay các loại mạch tích hợp vô cùng
phong phú và đa dạng, từ các loại TTL LS74 , LM đến các loại vi điều
khiển, vi xử lí của rất nhiều các tập đoàn lớn trên thế giới đã đáp ứng
đợc tất cả các yêu cầu về thiết kế, các bài toán phức tạp về điều khiển đo
lờng. Hiện nay, một số các nớc tiên tiến trên thế giới đã và đang phát
triển công nghệ vi điện tử tích hợp trên các chíp thông minh kết hợp các
giải pháp phần mềm ứng dụng, phần mềm lập trình chuyên dụng thân
thiện với ngời sử dụng để nghiên cứu, chế tạo ra các module, sản phẩm
trên lĩnh vực đo lờng và điều khiển. Kể từ giai đoạn này một thế hệ mới ra
đời mang tính đột phá. Đó là hệ thống điều khiển phân tán DCS. Hệ thống

này có cấu trúc phân cấp, khả năng quản lý số lợng lớn các điểm đo và
điều khiển giám sát ở tất cả các điểm đo phân bố các nơi khác nhau.
2.2 Xu hớng sử dụng các loại vật t linh kiện.
Ngay từ khi ra đời các linh kiện bán dẫn đã là một bớc đột phá và
làm thay đổi toàn bộ về t duy trong lĩnh vực điều khiển tự động, nó đã

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

7


giảm đi rất nhiều về kích cỡ, khối lợng của sản phẩm, về giá thành cũng
nh làm tăng lên các tính năng của các thiết bị trong điều khiển tự động,
nhng nó vẫn còn nhiều những nhợc điểm mà thời điểm đó khoa học kỹ
thuật cha giải quyết đợc nh kích thớc, khối lợng vẫn còn cồng kềnh,
rất dễ chịu các tác động của môi trờng biển cũng nh các ảnh hởng rung
xóc của môi trờng làm việc, dẫn đến tình trạng làm việc kém tin cậy, độ
chính xác thấp. Khi xảy ra hỏng hóc thì khó sửa chữa, thay thế do tính
đồng bộ của hệ thống và thời gian khắc phục sự cố thờng kéo dài, ảnh
hởng rất lớn đến tiến độ và hiệu quả kinh tế.
Với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, cùng
với việc áp dụng sự tiến bộ của các thành tựa khoa học kỹ thuật đã làm một
cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực sản xuất, chế tạo ra các loại vật t linh
kiện, làm thay đổi các sản phẩm trong đo lờng về điều khiển không những
nhỏ về kích thớc, khối lợng mà còn có đợc tính mở, tính đa năng của sản
phẩm. Đặc biệt sự ra đời của các mạch tích hợp đánh dấu một bớc phát
triển của công nghệ điện tử, nó giúp cho các nhà thiết kế dễ dàng thực hiện
các chức năng của ứng dụng làm giảm giá thành cũng nh không gian
chiếm dụng.
Với xu hớng khoa học phát triển nh ngày nay thì trong lĩnh vực đo

lờng và điều khiển, đặc biệt là trong môi trờng biển phức tạp của ngành
tàu thuỷ, thì việc sử dụng các bộ tích hợp (nh vi điều khiển, PLC, PID,
DSC, AVR...) làm trung tâm và kết hợp với các thành phần khác nh các bộ
biến đổi chuẩn hoá dữ liệu, các bộ khuếch đại tín hiệu hay các thành phần
điều khiển công suất, truyền thông... để giải quyết các bài toán phức tạp
trong điều khiển đo lờng, nó giúp cho các sản phẩm không những linh
hoạt trong việc mở rộng, giảm tối thiểu về khối lợng, kích cỡ mà còn dễ
dàng kết nối lại với nhau thành các hệ tập trung thống nhất.

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

8


IIi. đề xuất việc lựa chọn vật t linh kiện sử dụng cho
dự án.
3.1. Cơ sở để lựa chọn.
Vật t, linh kiện đợc lựa chọn phải phục vụ cho mục tiêu của dự án.
Đó là: Phục vụ cho việc sản xuất các phần tử, thiết bị điều khiển, đo lờng
dùng cho tàu thuỷ.
+ Vật t, linh kiện đợc chế tạo cho mục đích công nghiệp: Độ tin cậy
làm việc cao, độ ổn định lớn (hoạt động ổn định với giải biến thiên lớn về
nhiệt độ, độ ẩm xung quanh chế độ danh định) chịu đợc chế độ rung, lắc
+ Đáp ứng nhu cầu rộng lớn hiện nay của ngời sử dụng: Phần tử
thiết bị đợc chế tạo có mức độ tự động hoá khác nhau, sử dụng trên các
loại tàu khác nhau về trọng tải, mục đích sử dụng. Nghĩa là: Các phân tử
thiết bị đợc sản xuất ở các mức độ:
* Đơn giản, không đòi hỏi phải điều chỉnh (chỉ dùng phần
cứng)
* Các phần tử thiết bị đợc chuẩn hoá có chức năng phức tạp

cao hơn (kết hợp cả giải pháp phần cứng và phần mềm)
* Các thiết bị, hệ thống phức tạp có tính hệ thống hoặc kiểm
tra, giám sát số lợng lớn thông tin, hoặc phải xử lý số lợng
lớn thông tin theo trình độ phức tạp và không định trớc.
+ Có tính mở (dễ dùng phát triển để đáp ứng các yêu cầu cao hơn về
mức độ tự động hoá)
+ Đáp ứng tính kinh tế: Thiết bị, hệ thống đợc thiết kế chế tạo theo
tiêu chí đền bù các chỉ tiêu về kỹ thuật và giá thành của thiết bị hoặc hệ
thống là điều kiện biên của bài toán.
3.2 Đề xuất việc lựa chọn vật t, linh kiện
Vật t, linh kiện đợc đề xuất lựa chọn để ứng dụng triển khai trong
dự án theo các nhóm sau đây:
+ Sensor phục vụ cho đo nhiệt độ, áp suất, tốc độ, mức nớc, mức
dầu...
Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

9


+ Các bộ biến đổi D-A và A-D
+ Các module chuẩn hoá dữ liệu.
+ Các module chuẩn hoá tạo ngỡng.
+ Các bộ hiển thị (các đèn, LCD...)
+ Các linh kiện phụ trợ: điện trở, điện trở chính xác, tụ điện gốm,
giấy và tụ hoá...
+ Các IC số, IC ổn áp.
+ Các bộ tích hợp vi xử lý
Vật t, linh kiện đợc lựa chọn là loại đợc chế tạo từ các nớc có nền
khoa học công nhghệ tiên tiến ( Đức, Mỹ, Nhật, Nga ...) đảm bảo đợc độ
tin cậy trong môi trờng biển cũng nh chất lợng, độ bền cao.

Trong các bộ tích hợp thì có rất nhiều chủng loại, trong giới hạn
chuyên đề này chỉ giới thiệu một số bộ tích hợp phổ biến dùng trong dự án.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của các vật t linh kiện chủ yếu khác phục vụ cho dự
án nh sau:
1. Tiêu chí đầu tiên khi lựa chọn một bộ vi điều khiển, đó là phải đáp
ứng đợc yêu cầu kỹ thuật một cách hiệu quả và kinh tế.
Ví dụ khi lựa chọn vi điều khiển trớc hết cần xem xét bộ vi điều
khiển 8 bit, 16 bit hay 32 bit là thích hợp. Một số tham số kỹ thuật cần
đợc cân nhắc khi lựa chọn là:
* Tốc độ: Tốc độ lớn nhất mà vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu.
* Kiểu đóng vỏ: Là kiểu 40 chân DIP (vỏ dạng 2 hàng chân), kiểu
QFP (vỏ vuông dẹt) hay là kiểu đóng vỏ khác ? Kiểu đóng vỏ quan
trọng khi có yêu cầu về không gian, kiểu lắp ráp và tạo mẫu thử cho
sản phẩm cuối cùng.
* Công suất tiêu thụ: Là tiêu chuẩn cần đặc biệt lu ý nếu sản phẩm
dùng pin hoặc ắc quy.
* Dung lợng bộ nhớ RAM và ROM trên chip.
* Số chân vào ra và bộ định thời trên chip.
* Khả năng nâng cao hiệu suất hoặc giảm công suất tiêu thụ.
Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

10


* Giá thành trên một đơn vị khi mua số lợng lớn: Đây là một vấn đề
có ảnh hởng đến giá thành cuối cùng của sản phẩm.
2. Tiêu chí thứ hai khi lựa chọn linh kiện phải kể đến là khả năng
phát triển các sản phẩm, các chơng trình hỗ trợ, mô phỏng, điều kiện hỗ
trợ kỹ thuật cũng nh khả năng sử dụng trong nhà và bên ngoài môi
trờng, trong môi trờng khắc nhiệt hoặc ở trên biển. Trong nhiều trờng

hợp, sự hỗ trợ của nhà cung cấp thứ ba cũng hết sức quan trọng.
3. Tiêu chí thứ ba là khả năng sẵn sàng đáp ứng về số lợng ở hiện
tại cũng nh ở tơng lai. Đối với một nhà thiết kế, vấn đề này còn quan
trọng hơn cả hai tiêu chuẩn đầu tiên. Hiện nay, trên thế giới cũng nh Việt
Nam mỗi loại thiết bị linh kiện có nhiều nhà cung cấp.
3.3 Lựa chọn vi điều khiển
3.3.1 Họ vi điều khiển MCS 51( Microcontrol system)
Đây là bộ vi sử lý của hãng Intel giới thiệu và đa vào sử dụng vào
năm 1980, nó kế thừa từ họ bộ vi sử lý MCS-48. Các thành viên mới đợc
đa thêm vào cho họ MCS 51 và các biến thể ngày nay đã đợc bổ sung
thêm nhiều tính năng:
Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) 8 bit đã đợc tối u hoá để đáp ứng các
chức năng điều khiển.
Khối logic (ALU) xử lý theo bit nên thuận tiện cho các phép toán logic
Boolean.
Bộ tạo dao động giữ nhịp đợc tích hợp bên trong.
Giao diện nối tiếp có khả năng hoạt động song song/ đồng bộ.
Các cổng vào / ra hai hớng và từng đờng dẫn có thể đợc định địa
chỉ một cách tách biệt.
Có 5 hoặc 6 nguồn ngắt với 2 mức u tiên.
Hai hoặc 3 bộ đếm/ định thời 16 bit.
Bus và khối định thời tơng thích với các khối ngoại vi của bộ vi xử lý
8085/8088.
Dung lợng của bộ nhớ chơng trình (ROM) bên ngoài có thể lên tới
64 Kbyte.

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

11

Dung lợng của bộ nhớ dữ liệu (RAM) bên ngoài có thể lên tới 64
Kbyte.
Dung lợng của bộ nhớ ROM bên trong có thể lên đến 8 Kbyte.
Dung lợng bộ nhớ RAM bên trong có thể đạt đến 256 byte.
Tập lệnh phong phú.
3.3.2. Vi điều khiển PIC (Program Intergrate Circuit)
Song song với vi điều khiển họ MCS51 đang chiếm lĩnh rộng trong
thị trờng điện tử Việt Nam gần đây do giá thành thấp, chơng trình nạp
phổ thông, mạch nạp có thể mua đợc với giá khá rẻ ngay tại Việt Nam
hoặc tự chế tạo đợc, hoạt động với độ tin cậy vừa phải thì gần đây trên thị
trờng VN xuất hiện không ít dòng Vi điều khiển mới nh PIC của
Microsoft, AVR của Atmel.. Các dòng vi điều khiển này đã có 1 số cải tiến
đáng kể. Nh tính năng của PIC đã đợc nâng lên rất nhiều so với MCS51:
Khối xử lý trung tâm của chíp này tuân theo kiến trúc RISC trở
kháng cao
Tập lệnh chỉ có 35 lệnh đơn
Các chu kỳ lệnh đều đơn ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chơng trình
Tốc độ hoạt động cao: tần số clock đầu vào là DC 20MHz, chu kỳ
lệnh 200ns
Bộ nhớ chơng trình FLASH lớn có thể đến 8K x 14 từ (8K x
14words)
Bộ nhớ dữ liệu RAM lớn có thể đến 368 x 8 byte
Bộ nhớ dữ liệu ROM lớn có thể đến 256 x 8 byte
Số lợng nguồn ngắt lớn (có thể lên đến 14 nguồn ngắt) cho phép xử
lý các chơng trình phức tạp
Stack cứng sâu 8 mức (8 level deep)
Chế độ địa chỉ trực tiếp, gián tiếp, tơng đối
Có Watchdog timer để giám sát hoạt động của mạch
Cho phép bảo vệ mã chơng trình

Có chế độ tiết kiệm nguồn (SLEEP mode)

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

12


Tuy nhiên, vi điều khiển PIC cũng mới chỉ đợc một số Công ty điện
tử Việt Nam thử nghiệm và đa vào sử dụng nhng cha đợc phổ biến
rộng bằng dòng MCS 51 do giá thành cao, không có sẵn ở thị trờng trong
nớc mà phải nhập khẩu thông qua nhà phân phối và yêu cầu phải mua với
số lợng lớn.
3.3.3. Vi điều khiển AVR (Atmel)
Bên cạnh MCS-51, thời gian gần đây vi điều khiển AVR của Atmel
cũng đang chiếm lĩnh thị trờng Việt Nam do độ ổn định, tốc độ cao và các
ứng dụng rất mạnh của nó:
*Tuân theo kiến trúc RISC, trở kháng cao, tiêu thụ nguồn thấp
Tập lệnh đầy đủ với 118 lệnh Phần lớn chu kỳ thực hiện lệnh đơn
32 thanh ghi 8 bit làm việc với mục đích chung
* Dữ liệu và bộ nhớ nonvotile


8K byte bộ nhớ chơng trình Flash



Giao diện SPI cho phép lập trình trong hệ thống (In System

Programming)

512 Byte EEPROM



Có khả năng chịu 100.000 lần viết/ xoá



512 byte SRAM trong



Khoá chơng trình để bảo vệ

* Đặc điểm vào ra


ADC 8 kênh, 10 bit



Giao diện nối tiếp SPI theo kiểu Master/Slave



2 bộ Timer/Counter 8 bit với bộ chia riêng và chế độ so sánh

1 bộ Timer/Counter 16 bit với bộ chia riêng, chế độ so sánh và

bắt giữ (capture), chế độ phát xung kép 8, 9, 10 bit.


Có Watdog Timer lập trình đợc với bộ dao động on-chip



Bộ so sánh tơng tự on-chip

*Một số đặc điểm riêng của dòng vi điều khiển này:


Mạch khởi động bật lại nguồn (Power-on Reset Circuit)



Mạch thời gian thực với mạch dao động riêng và chế độ Counter

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

13




Có nguồn ngắt trong và ngoài

Có 3 chế độ ngủ: Nhàn rỗi (Idle), tiết kiệm nguồn (Power save)

và ngắt nguồn (Power down)
Với những tính năng mạnh nh kể trên, chơng trình nạp chuẩn, bộ
nạp và IC dễ mua nên vi điều khiển AVR đã và đang đợc ứng dụng rất
mạnh trong công nghiệp nói chung và trong các bộ xử lý của các hệ thống
đo lờng - điều khiển nói riêng.
3.4 Lựa chọn ADC
Phần tử quan trọng ảnh hởng đến độ sai số của Module chính là bộ
ADC. Trên thị trờng hiện nay có rất nhiều loại ADC, tuy nhiên để chọn
đợc ADC phải dựa vào các tiêu chí sau: độ phân dải của ADC, tốc độ xử lý
phải đảm bảo tốc độ thu thập số đo, điện áp vào phải phù hợp với hệ thống.
Tốt nhất là ADC đợc tích hợp trong vi điều khiển .
Qua khảo sát thực tế và tìm hiểu kỹ trên thị trờng ở Việt Nam hiện
nay, nhóm đã thiết kế chế tạo Module đo vạn năng, đo báo mức ... dựa trên
bộ biến đổi ADC 12 bit của hãng Analog Device AD574A đáp ứng đo đạc,
điều khiển và xử lý tín hiệu cỡ ms. Bộ biến đổi ADC có độ chính xác cao, tốc
độ biến đổi 10ữ25 às (microsec), nguồn cấp là 12V, độ ổn định phù hợp với
môi trờng, có thể ứng dụng cho Module này và đặc biệt giá thành vừa phải
để ta có thể sử dụng đợc.
Chú ý rằng với mạch đo trong Module thì các tín hiệu biến đổi chậm
nên ta không cần dùng mạch S&H mà đa thẳng vào ADC. Khi tín hiệu
biến đổi nhanh theo thời gian (<25ns) thì phải đa tín hiệu qua mạch S&H
thì tín hiệu số nhận đợc sau ADC mới ổn định và chính xác.
3.5 Lựa chọn thiết bị hiển thị (Đèn báo, LCD, màn hình...)
Các thiết bị hiển thị ngày nay rất đa dạng về chủng loại, tính năng,
phong phú về hình thức, mẫu mã, đơn giản về ghép nối với hệ thống và các
thiết bị khác... đáp ứng đợc những yêu cầu cao về hiển thị và kỹ thuật.
Trong những năm gần đây, màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid

Crystal Display) ngày càng đợc sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế các
đèn LED (7 đoạn và nhiều đoạn). Các nguyên nhân có thể kể đến là:

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

14


- Khả năng hiển thị số, ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với đèn LED
(LED chỉ hiển thị đợc số và một số ký tự).
- Sử dụng thêm một bộ điều khiển làm tơi LCD và nh vậy giải
phóng CPU khỏi công việc này. Còn đối với đèn LED luôn cần CPU
(hoặc bằng cách nào đó) để duy trì việc hiển thị dữ liệu.
- Dễ dàng lập trình các ký tự đồ hoạ.
Có rất nhiều loại LCD khác nhau, các loại LCD với các kích thớc
2x16, 4x16, 2x20..., LCD đặc biệt phục vụ cho các thiết bị đặc trng hiển
thị logo, hình vẽ...
Hiện nay màn hình công nghiệp đang trở nên rất phổ biến do phù
hợp trong môi trờng công nghiệp và tàu thuỷ do khả năng chống nhiễu
tốt, chịu rung va đập cao...
Trong các thiết kế của Dự án KC06.DA13.CN, với số lợng giá trị cần
hiển thị không cần nhiều nên chọn LCD loại hiển thị 2 dòng, mỗi dòng có
40 ký tự trong đó 16 ký tự là hiển thị, còn 24 ký tự không hiển thị. LCD có
14 chân, 3 chân cung cấp nguồn, 3 chân điều khiển, 8 đờng dữ liệu.
3.5 Công nghệ ASIC (Application - Specific Integrated Circuit)
Khoảng đầu những năm 80 một công nghệ mới ra đời cho phép ngời
thiết kế chủ động hoàn toàn trong các ứng dụng của mình đó là công nghệ
ASIC, là công nghệ tích hợp tạo ra các ứng dụng đặc biệt. Công nghệ này
đợc ra đời dựa trên các nhu cầu cấp thiết về các vi mạch, IC và các chip
đòi hỏi có mật độ tích hợp cao, tốc độ xử lý nhanh và đặc biệt là tính chính

xác, đợc phát triển dựa trên công nghệ CMOS. Công nghệ ASIC sử dụng
ngôn ngữ bậc cao VHDL cho phép tạo ra các th viện chuẩn cho ngời sử
dụng cho các ứng dụng đã xác định một cách mềm dẻo và linh hoạt.
3.6 Các phần tử khác.
Các phần tử khác cho module nh điện trở, tụ điện, diode, bộ khuếch
đại... cần có độ chính xác cao. Đặc biệt là bộ khuếch đại phải đợc chọn có
thể điều khiển đợc độ lệch offset điểm 0.

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

15


3.7 Công nghệ bảo vệ mạch
Việc thiết kế các mạch điện tử đợc chuẩn hóa ngay từ khâu thiết kế
đến khâu làm mạch. Các bo mạch thuộc KC06.DA13.CN đợc thiết kế theo
kiểu chuẩn hoá module, ứng dụng các kỹ thuật thiết kế mới, các phần tử
trong mạch đợc cách ly quang, chống xông nguồn, dò nhiễu. Mạch đợc
làm trên dây chuyền mới, hiện đại, đợc mạ lỗ và phủ lắc chống chạm chập
và một số ảnh hởng của nhiễu. Sau khi hàn, đấu linh kiện mạch đợc
kiểm tra, chạy thử trên các thiết bị kiểm tra có độ chính xác cao. Tuy nhiên
với điều kiện rung, lắc nh ở dới tàu, chịu ảnh hởng ăn mòn của môi
trờng biển xung quanh thì sau 1 thời gian hoạt động rất có thể các linh
kiện trên mạch bị long chân, hoạt động thiếu chính xác. Chính vì vậy, sau
khi sản xuất, thử nghiệm và đạt yêu cầu các bo mạch thuộc
KC06.DA.13.CN sẽ đợc phủ silicon. Công nghệ phủ silicon không những
bảo vệ các linh kiện khỏi nhiễu của môi trờng xung quanh mà còn chống
cong vênh, rạn nứt mạch, bảo vệ cho mạch khỏi các tác động của môi
trờng xung quanh.
3.7 Khả năng cung cấp trong quá trình triển khai dự án.

Những vật t, linh kiện đợc đề xuất lựa chọn là những loại đợc chế
tạo từ Cộng hoà liên bang Đức.
+ Là những sản phẩm công nghiệp đã đợc chế tạo thành thơng
phẩm, đảm bảo các yêu cầu công nghệ và chất lợng.
+ Số lợng đặt không hạn chế, thời gian đặt hàng từ lúc đặt đến lúc
mua không lâu (từ 4 6 tuần).
+ Là sản phẩm đạt theo tiêu chuẩn Quốc tế nên có thể thay thế bằng
các sản phẩm của Mỹ, Nhật, Hàn Quốc... nếu cần thiết.

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

16


iV.kết luận.
Trên đây là giới thiệu tổng quan về vật t linh kiện đợc áp dụng
trong việc chế tạo các module thuộc KC06.DA.13.CN. Các linh kiện vật t
nêu trên đều là những loại áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến nhất
để chế tạo, nó đảm các các tiêu chuẩn quốc tế không những về chất lợng,
các tính năng kỹ thuật mà còn đạt các chuẩn hoá quốc tế về các thiết bị ,
nên nó có thể đợc lựa chọn ở nhiều hãng khác nhau mà vẫn có thể tơng
thích đợc vơi nhau trong việc chế tạo, lập trình và sản xuất các module
trong công nghiệp, đặc biệt là thiết bị tàu thuỷ . Điều đáng nói hơn cả là
các linh kiện, vật t trên đều khả thi với điều kiện kinh tế và kỹ thuật của
ta và góp phần không nhỏ trong việc nội địa hoá các sản phẩm cho ngành
tàu thuỷ.

Tổng quan về vật t, linh kiện cho dự án

17