điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều dùng at89c51 với 4 cấp khác nhau

Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
Nhận Xét Của Giáo Viên
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 1


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

Mục lục
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................................3
1.1.Tổng quan.......................................................................................................................3
1.2. Mục đích yêu cầu:.........................................................................................................3
1.3.Phương pháp điều khiển tốc độ......................................................................................3
1.3.1.Các phương pháp điều khiển tốc độ......................................................................3
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH..............................................................................................6
2.1.Tạo Xung PWM.............................................................................................................6
2.2.Tìm hiểu các linh kiện có trong đề tài............................................................................7
2.2.1 Vi điều khiển AT89C51.........................................................................................7
2.2.2.Động cơ một chiều..............................................................................................13
2.2.3.Tụ điện................................................................................................................15
2.2.4. MOSFET IRF 540..............................................................................................15
2.2.5. Mạch mã hóa 74LS147......................................................................................16
2.2.6.IC so sánh LM339...............................................................................................17
2.2.7. Vi mạch MAX232..............................................................................................18
2.2.8. Khối thạch anh..................................................................................................18
2.2.9. Cảm biến hồng ngoại.........................................................................................19
2.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lý............................................................................................19
2.4. Xây dưng sơ đồ khối...................................................................................................20
2.5. Xây dựng thuật toán điều khiển tốc độ........................................................................22
2.5.1.Thuật toán đọc và giải mã phím tốc độ...............................................................23
2.5.2.Thuật toán tạo xung PWM..................................................................................24

2.5.3. Thuật toán tạo trễ...............................................................................................25
2.6.Chương trình................................................................................................................26
CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN........................................................................................................31
3.1.Kết quả đạt được..........................................................................................................31
3.2.Hạn chế và phương hướng khắc phục..........................................................................31

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 2


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.Tổng quan
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã, đang và sẽ
tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các
lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch số cỡ lớn
với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong
ngành điện tử. Mạch số ở những mức độ khác nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh
vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chóng. Các trường kỹ
thuật là nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ và được học sinh, sinh viên ưa chuộng do
lợi ích và tính khả thi của nó. Vì thế sự hiểu biết sâu sắc về vi xử lý là không thể
thiếu đối với sinh viên ngành điện, điện tử hiện nay.
1.2. Mục đích yêu cầu:
Sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và ích lợi của vi xử lý cũng
chính lý do để chọn và thực hiện đề tài “thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ”
nhằm ứng dụng kiến thức đã học về vi xử lý vào thực tế.
Yêu cầu đồ án này là thiết kế mạch đo tốc độ sử dụng vi xử lý 89C51 phải
điều khiển được động cơ với 4 cấp tốc độ khác nhau.

1.3.Phương pháp điều khiển tốc độ
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so
với 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.
1.3.1.Các phương pháp điều khiển tốc độ
13.1.1 Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp
Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp:Mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, khi
điện trở phần ứng Rư tăng lên, suy ra ω giảm, độ dốc của đường đặc tính
giảm.

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 3


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng
do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế.
1.3.1.2 Điều khiển từ thông:
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
moment điện từ của động cơ 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 khi từ thông thay đổi thì mômen, dòng điện cũng thay
đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển và mômen tải, nên phương pháp
này cũng ít dùng.
1.3.1.3Điều khiển điện áp phần ứng:
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động

một chiều

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

Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi,
còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uu của hệ
thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để.
Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếp
hoặc sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng Thyristor,
transistor.Trong một mạch điện gọi là mạch băm điện áp, điện áp trung bình đặt vào
động cơ thay đổi bằng cách chuyển mạch nguồn cung cấp thật nhanh. Khi tỷ lệ thời
gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình. Tỷ lệ phần
trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ
cho điện áp trung bình đặt vào động cơ.
Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 24V, và đặt tỷ lệ thời gian ON là
25% thì điện áp trung bình là 6V. Trong thời gian "Off", điện áp cảm ứng của
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 4


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
phần ứng sẽ làm cho dòng điện không bị gián đoạn, qua một đi ốt gọi là đi ốt
phi hồi, nối song song với động cơ. Tại thời điểm này, dòng điện của mạch
cung cấp sẽ bằng không trong khi dòng điện qua động cơ vẫn khác không và
dòng trung bình của động cơ vẫn luôn lớn hơn dòng điện trong mạch cung cấp,

trừ khi tỷ lệ thời gian "on" đạt đến 100%. Ở tỷ lệ 100% "on" này, dòng qua
động cơ và dòng cung cấp bằng nhau. Mạch đóng cắt tức thời này ít bị tổn hao
năng lượng hơn mạch dùng điện trở. Phương pháp này gọi là phương pháp
điều khiển kiểu điều chế độ rộng xung (pulse width modulation, or PWM), và
thường được điều khiển bằng vi xử lý.
Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh
điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ
rộng

của

chuỗi

xung

vuông,

dẫn

đến

sự

thay

đổi

điện

áp

ra.

Các PWM khi biến đổi thì có cùng một tần số và khác nhau về độ rộng của sườn
dương hay sườn âm.
PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà thường hay gặp
là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp... Sử dụng PWM điều khiển độ
nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn
định tốc độ động cơ.
Như trên hình, với dãy xung điều khiển trên cùng, xung ON có độ rộng nhỏ nên động
cơ chạy chậm. Nếu độ rộng xung ON càng lớn (như dãy xung thứ 2 và thứ 3) động
cơ DC chạy càng nhanh và một số đặc điểm sau:
- Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó loại bỏ được
mất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra.
- Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính.
- Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so với
khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi xung PWM.

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 5


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
24V

24V

24V

Hình 1.1

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH

2.1.Tạo Xung PWM
Tạo xung pwm là tạo ra một dạng xung có tần số không đổi, nhưng thời
gian của mức cao trong một chu kì có thể thay đổi được.
Các thông số:
 Tần số : f
 Chu kì : T
 Thời gian ở mức cao :Ton
 Thời gian ở mức thấp : Toff
 Tỷ lệ phần trăm xung mức cao so với chu kì là

Duty cycle =

x 100%

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 6


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
 Điện áp ra trung bình :
=
Trong đề tài sử dụng vi điều khiển AT89C51RD2 với bộ dao động tần số 11,0592
MHz và dùng ngắt timer0 để tạo xung PWM trên chân P1.0 . Timer0 hoạt động ở chế
độ định thời 16 bit.
Do dao động thạch anh là 11,0592 MHz , vậy tần số clock cho timer0 đếm là

0,9216 MHz và chu kì T0 = 1,085us
Giá trị thanh ghi TMOD : #01H
Giá trị nạp cho thanh ghi TH0, TL0 là : 65536 – T on cho timer0, với Tần số
F= 5Khz thì chu kì là T = 200us vì xung PWM tính theo tỉ lệ phần trăm, nên
giá trị Ton = 200us x100%=20000us = 20ms
Mà T0 = 1.085us, nên giá trị Ton= 200/1,085=185
Vậy giá trị nạp cho thanh ghi TH0, TL0 là : 65536 – 185= 65351us
Tương ứng giá trị TH0,#High(-185) và TL0,#LOW(-185)
2.2.Tìm hiểu các linh kiện có trong đề tài
2.2.1 Vi điều khiển AT89C51
2.2.1.1.Giới thiệu chung
Bắt đầu xuất hiện vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, hiện đã có tới hàng trăm
biến thể (derrivatives) được sản xuất bởi hơn 20 hãng khác nhau, trong đó phải kể
đến các đại gia trong làng bán dẫn (Semiconductor) như 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 trường khá lâu và
có thể nói là được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại vi điều khiển 8 bit.
Đặc điểm và chức năng hoạt động của IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau,
ở đây đây ta giới thiệu AT89C51.
AT89C51 là phiên bản 8051 có ROM trên chíp là bộ nhớ Flash phiên bản này
rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể xóa được trong vài
giây.
AT89C51 được thiết kế với clock tĩnh cho hoạt đôộng có tần số giảm xuống 0 và
hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mền. chế độ nghỉ
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 7


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

dừng của CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời / đếm , port nối tiếp và
hệ thống ngắt vẫn tiếp tục hoạt động. Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM
nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hóa các hoạt
động khác của chip cho đến khi reset cứng tiếp theo.
Các đặc điểm của 89C51RC2 được tóm tắt như sau :
 1KB bộ nhớ RAM có thể lập trình lại được , có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi








xóa
Tần số hoạt động từ 12Hz đến 33MHz
3 mức khóa bộ nhớ lập trình
2 bộ Timer/counter 16 bit
128 Bytes RAM nội
Giao tiếp nội tiếp
4 Port xuất /nhập I/O 8 bit
64 KB vùng nhớ mã ngoài

 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại
 Họ vi điều khiển 8 bit
 Bộ nhớ : 64 Kb Flash, 1792 Bytes SRAM
 Timer/Counter : 1 bộ 16 bit
 3 kênh PWM
 9 nguồn ngắt với 4 mức ưu tiên ngắt
 Giao diện kết nối : SPI, USART

 Kiểu chân : PLCC44, VQFP44, PLCC68, VQFP64
 Xử lý Booleam (hoạt động trên bit đơn)
 4 micro giây hoạt động nhân hoặc chia.
 210 vị trí nhớ có thể định vị bit
AT89C51RC2 có 32 chân có chức năng như các đường xuất nhập. trong đó có 24
chân có tác dụng kép (có nghĩa là 1 chân có 2 chức năng ), mỗi đường có thể hoạt
động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các
bus dữ liệu và bus địa chỉ.
 Các port :
Port 0 : gồm 8 chân 32 đến 39 (P0.0…P0.7)

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 8


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
Port 0 là port có hai chức năng. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dung bộ nhớ
mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ
mở rộng ,nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữu liệu.
Port 1 :chân 1 đến 8 (P1.0…P1.7)
Port là port IO. Có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port1
không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị
ngoài.
Port 2 : chân 21 đến 28 (P2.0…P2.7)
Port 2 là port có tác dụng kép. Được dùng như các đường xuất nhập hoặc byte
cao của port địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.
Port 3 : là port xuất nhập 8 bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong. Các chân
của bus này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc
tính riêng biệt của 89C51.



Các thanh ghi bộ định thời (Timer):

AT89C51 có 2 bộ định thời:
-

Timer 0: là một bộ đếm lên tuần tự 16 bit , giá tri đếm chứa 2 thanh ghi

TH0,TL0.
-

Timer 1: là một bộ đếm tuần tự 16 bit chứa trong TH1 và TL1.

AT89C51 có hai thanh ghi bộ định thời/đếm 16 bit được dùng cho định thời hoặc
đếm sự kiện.
-

Thanh ghi chế độ định thời (TMOD) :
MSB
Gate

LSB
C/T M1

M0 Gate

Không được định địa chỉ bit.
Được dùng để định chế độ hoạt động cho các timer.
Chức năng từng bít :

+ M1 , M0 : chọn chế độ hoạt động.

Bảng 1.1
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 9

C/T

M1

M0


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
M1
0
0
1
1

M0

CHẾ ĐỘ

0
1
0
1

(MODE)
0
1
2
3

+ T/C : bit chọn chức năng đếm hoặc định thời cho timer.
+ Gate : bit điều khiển cổng cho bộ định thồi.
-

Thanh ghi điều khiển định thời TCON (Timer control) ::

MSB

LSB
TF1

TR1

TF0

TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

Chứa các bit điều khiểu và trạng thái của timer 0 và 1 ở 4 bit cao , 4 bit thấp được
dùng cho chức năng ngắt (interrupt).
Chức năng từng bit :
+ TFx : cờ tràn của timer x (x là 0 hay 1)
+ TRx = 0 : không cho phép timer chạy.
+ TRx = 1 : cho phép timer chạy.
 Các thanh ghi port nối tiếp (serial port)

 Thanh ghi SBUF ( Serial Buffer) :
- ở địa chỉ 99H là bộ đệm nhập xuất nối tiếp . Khi xuất dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi
nhập dữ liệu thì đọc từ SBUF.
- các chế độ hoạt động khoác nhau của port nội tiếp được lập trình thông qua thanh
ghi điều khiển port nối tiếp SCON (Serial Control) ở địa chỉ 98 H. Đây là thanh ghi
được định địa chỉ từng bit.

 Thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON
MSB
SM0

LSB
SM1

Nhóm 1 Điện 4 – K9

SM2

REN

TB8

Page 10

RB8

T1

R1

Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
- Địa chỉ 99H.
- Định địa chỉ bit.
- Chức năng các bit:
+ SM0 , SM1 : chọn chế độ hoạt động của port nối tiếp
Bảng 1.2
SM0

SM1

CHẾ ĐỘ

MÔ TẢ

0
1

(MODE)
0
1

Thanh ghi dịch
UART 8 bit tốc độ thay

2

đổi
UART 9 bit tốc độ cố

3

định
UART 9 bit tốc độ thay

0
0
1
1

0
1

đổi
+ SM2 : chọn chế độ hoạt động của port nối tiếp. SM2 = 1 : cho phép truyền thông
đa xử lý ở các chế độ 2 và 3 ; bit RI sẽ không được tích cực nếu bit thứ 9 nhận được
là 0
+ REN : bit cho phép thu.
REN = 1 : cho phép thu.
REN = 0 : không cho phép thu.
+ TB8 : bit phát thứ 9 ( ở chế độ 2 và 3), có thể đặt và xóa bằng phần mền
+ RB8 : bit thu thứ 9 (ở chế độ 2 và 3), có thể đặt và xóa bằng phần mền.
 Các thanh ghi ngắt (Interrupt):
- 8031/8051 có 5 nguồn ngắt :
+ 2 ngắt ngoài : ngắt ngoài 0 : qua chân 0INT (P3.2)
Ngắt ngoài 1 : qua chân 1INT (P3.3)
+ 3 Ngắt trong : ngắt timer 0
Ngắt timer 1
 Ngắt port nối tiếp.
*Các thanh ghi liên qua đến ngắt :

a.

Thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enaple)

MSB
Nhóm 1 Điện 4 – K9

LSB
Page 11


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
EA

-

(ET2)

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

- Được định địa chỉ bit.
- Chức năng từng bit :

EA : cho phép toàn bộ.
ET2 : cho phép ngắt timer 2 (nếu có).
ES : cho phép ngắt port nối tiếp.
ET1 : cho phép ngắt timer 1.
EX1 : cho phép ngắt ngoài 1.
ET0 : cho phép ngắt timer 0.
EX0 : cho phép ngắt ngoài 0.
Để cho phép 1 nguồn ngắt , cần phải có :
+ EA = 1
+ Bit cho phép ngắt tương ứng bằng 1.
 Thanh ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority)
MSB
-

LSB
-

(PT2)

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

- Được định địa chỉ bit.

- Bit = 1 : mức ưu tiên cao
- Bit = 0 : mức ưu tiên thấp
- Mặc nhiên sau khi reset, tất cả các ngắt ở mức ưu tiên thấp.
- Nếu 2 ngắt với mức ưu tiên khác nhau xuất hiện đồng thời, ngắt có mức ưu tiên cao
sẽ được phục vụ trước . Đồng thời, ngắt có 2 mức ưu tiên cao cũng có thể tạm dừng
chương trình phục vụ ngắt của ngắt có mức ưu tiên thấp.
- Nếu các ngắt có cùng mức ưu tiên xuất hiện đồng thờim, việc xác định ngắt nào
được phục vụ trước sẽ theo thứ tự : ngắt ngoài 0, ngắt timer 0, ngắt ngoài 1, ngắt
timer 1, ngắt port nối tiếp, ngắt timer 2 (đối với 8032/8051).
 Thanh ghi TCON
MSB
Nhóm 1 Điện 4 – K9

LSB
Page 12


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE1

IT0

- Định địa chỉ bit.
- Chức năng các bit có liên quan đến ngắt ( intereupt)
+ IEx : cờ ngắt ngoài x (IEx = 1 tạo ngắt ngoài x)
+ITx : bit xác định loại tác động ngắt ngoài x :
ITx = 0 : tác động mức 0
ITx = 1 : tác động cạnh xuống

2.2.2.Động cơ một chiều
Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh(stato) và phần
động(roto)
 Phần tĩnh ( stato ).
Stator hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường .Gồm có
mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ(nếu động cơ được kích từ bằng
nam châm điện).
Mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc )
Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ
Các cuộn dây điện từ này được nối tiếp với nhau.
 Cực từ chính
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài
lõi sắt cực từ.
 Cực từ phụ
Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều.
 Gông từ
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động
cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn

thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
d- Các bộ phận khác
Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và
an toàn cho người khỏi chạm vào điện.
- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
 Phần quay( roto ).
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 13


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
Là phần sinh ra suất điện động .Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ ( lá
thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có xẻ rãnh đẻ lồng dây quấn phần
ứng (làm bằng dây điện từ ).
 Lõi sắt phần ứng
Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách
điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.
 Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
 Cổ góp
Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến
đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp
thành một hình trục tròn.
2.2.3.Tụ điện
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn
cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất
hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu.

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui. Mặc dù cách hoạt
động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng
điện. Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electronở cực này
và chuyển electron sang cực còn lại. Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra
electron - nó chỉ lưu trữ chúng. Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh. Đây là một
ưu thế của nó so với ắc qui.
2.2.4. MOSFET IRF 540
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor
thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với
BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở. Mosfet có nguyên tắc
hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng
đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 14


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

Hình 1.2Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
G
S

:
:

Gate

gọi

là

cực

cổng

Source

gọi

là

cực

nguồn

D : Drain gọi là cực máng
Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại
bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2). Hai
cực còn lại là cực gốc (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt mang điện.
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn ,
còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và
cực

S

(

UGS

)

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng
từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng
nhỏ.
2.2.5. Mạch mã hóa 74LS147
IC 74148 là IC mã hóa ưu tiên 8 đường sang 3 đường, vào/ ra tác động thấp, có
các ngã nối mạch để mở rộng mã hóa với số ngã vào nhiều hơn. Mạch mã hoá 8
đường sang 3 đường còn gọi là mã hoá bát phân sang nhị phân (có 8 ngõ vào chuyển
thành 3 ngõ ra dạng số nhị phân 3 bit. Trong bất cứ lúc nào cũng chỉ có 1 ngõ vào ở
mức tích cực tương ứng với chỉ một tổ hợp mã số 3 ngõ ra; tức là mỗi 1 ngõ vào sẽ
cho ra 1 mã số 3 bit khác nhau. Với 8 ngõ vào (I0 đến I7) thì sẽ có 8 tổ hợp ngõ ra nên
chỉ cần 3 ngõ ra (Q2, Q1, Q0)
Bảng 1.3 Bảng chân lý 74148
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 15


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

2.2.6.IC so sánh LM339
Mô tả chung LM339 gồm 4 bộ so sánh điện áp độc lập, với điện áp offset thấp cỡ
2mV cho cả 4 bộ so sánh. Chúng được thiết kế để hoạt động từ một nguồn đơn có
vùng điện áp rộng nhưng cũng có thể hoạt động từ nguồn kép. Nguồn cấp cho cực
máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp. Bộ so sánh này có điểm nổi bật
là vùng điện áp mode chung đầu vào bao gồm cả đất, ngay cả khi hoạt động từ nguồn

đơn. Ứng dụng của LM339 bao gồm các bộ so sánh, các bộ chuyển đổi tương tự sang
số đơn giản, máy phát xung vuông, các bộ đa rung và cổng logic số điện áp cao.
LM339 được thiết kế với giao diện trực tiếp TTL và CMOS. Khi hoạt động từ nguồn
cộng trừ, nó sẽ được thiết kế với giao diện trực tiếp MOS, trong đó nguồn cực máng
thấp của LM339 là một lợi thế so với các bộ so sánh chuẩn.

Hình 1.3 IC so sánh LM339

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 16


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
2.2.7. Vi mạch MAX232
Vi mạch MAX 232 của hãng MAXIM là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện
nối tiếp với máy tính. Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức
+10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mức
TTL ở phía nhận.
Vi mạch MAX 232 có hai bộ đệm và hai bộ nhận. Đường dẫn điều khiển lối vào
CTS, điều khiển việc xuất ra dữ liệu ở cổng nối tiếp khi cần thiết, được nối với chân
9 của vi mạch MAX 232. Còn chân RST (chân 10 của vi mạch MAX ) nối với đường
dẫn bắt tay để điều khiển quá trình nhận. Thường thì các đường dẫn bắt tay được nối
với cổng nối tiếp qua các cầu nối, để khi không dùng đến nữa có thể hở mạch các cầu
này. Cách truyền dữ liệu đơn giản nhất là chỉ dùng ba đường dẫn TxD, RxD và GND
(mass).
2.2.8. Khối thạch anh
Tùy thuộc vào chức năng bộ dao động tinh thể được phân thành nhiều loại,
trong đề tài sử dụng loại loại Crystal oscillator (Bộ dao động tinh thể) là
linh kiện điện tử chủ động nó có thể tạo ra tín hiệu xung nhịp tần số ổn định cao ở

mức ppm (part per million: phần triệu). Một bộ dao động tinh thể thạch anh nói
chung bao gồm một tinh thể thạch anh cộng hưởng, một vi mạch (IC) và một số
thành phần thụ động bổ sung.
Thạch anh được nối với 2 tụ ở 2 chân thạch anh ở các chip vi xử lý dùng để hỗ trợ
mạch dao động bên trong chip. Thay đổi giá trị tụ này sẽ làm sai lệch tần số xung
clock của chip .Nếu dùng thạch anh loại gốm thì tụ là 33p.Chọn tần số thạch anh là
11.0592Mhz

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 17


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

Hình 1.4

2.2.9. Cảm biến hồng ngoại
Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích
thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật
thể nóng. Người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu
điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển
động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm
nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân
nhiệt của các thực thể khác, như trong đề tài sử dụng bóng đèn làm nguồn nhiệt tạo
điện áp cho mạch so sánh.

2.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lý
 Mô tả hoạt động của mạch điều khiển tốc độ:
Khi cảm biến hồng ngoại CB1 tác động tới chân P1.1 của IC89C51, động cơ

quay với thời gian Ton là 10% so với chu kì 20ms. Khi ấn một trong các cấp
tốc độ mạch giải mã 74148 sẽ cho ở đầu ra mã tín hiệu tương ứng với phím
được bấm, động cơ sẽ quay theo các tốc độ khác nhau, phụ thuộc vào giá trị
đặt tỷ lệ xung. Nguyên lý của phương pháp này là bật tắt nhanh nguồn điện
cấp vào động cơ tạo ra một tín hiệu xung đưa tới cổng vào của MOSFET. Khi
việc bật tắt ở tần số đủ lớn (thường sử dụng từ 1kHz đến 20kHz), động cơ sẽ
chạy với 1 tốc độ ổn định nhờ moment quay.Thời gian cấp nguồn cho động cơ
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 18


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
là T-on, thời gian tắt nguồn động cơ là T-off. Việc thay đổi thời gian T-on và Toff làm thay đổi điện áp hiệu dụng cấp cho động cơ. Đối với động cơ DC, tốc
độ động cơ tương đối tỉ lệ thuận với điện áp cấp cho động cơ. Vì vậy, bằng
cách thay đổi độ rộng của xung, ta đã thay đổi được tốc độ của động cơ DC.
Hệ thống dừng khi cảm biến hồng ngoại CB2 tác động vào chân RESET của
IC89C51.
2.4. Xây dưng sơ đồ khối

Ổn áp
nguồn 5V

Tín hiệu điều
khiển

Khối điều khiển
trung tâm

Xung PWM

Động cơ một chiều

Nguồn 24V

Hình 2.1 Xây dưng sơ đồ khối
Chức năng các khối:
 Tín hiệu điều khiển: Bao gồm tín hiệu START, STOP từ cảm biến
hồng ngoại , và tín hiệu giải mã bàn phím 74LS147 đưa tới đầu vào
của 89C51.
 Khối điều khiển trung tâm: là vi xư lí 89c51, tại đây các tín hiệu vào
sẽ được xử lí và cho tín hiệu đầu ra tương ứng.
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 19


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
 Xung PWM : đầu ra của 89c51 , với thời gian xung ở mức cao và
thời gian xung ở mức thấp theo các câp tốc độ khác nhau để điều
khiển động cơ.
 Động cơ một chiều: đối tượng điều khiển, tốc độ thay đổi theo điện
áp trung bình từ xung pwm đưa vào.
 Khối nguồn ổn áp 5V:có chức năng cung cấp điện áp ổn định cho các
khối trong mạch.Cụ thể trong mạch ta sử dụng hai nguồn riêng biệt:
- Nguồn 5V DC dùng để nuôi các IC trong mạch hoạt động tạo ra
các tín hiệu xuất ra chuẩn TTL,tránh các trường hợp nhiễu điện áp
không đúng với điện áp cấp cho IC => tránh IC không hoạt
động,hỏng hóc,chập cháy.
- Nguồn 24V DC dùng để cung cấp cho động cơ một chiều DC

(trong bài tập lớn này sử dụng động cơ một chiều DC 24).

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 20


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển
2.5. Xây dựng thuật toán điều khiển tốc độ
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Khởi tạo

Giải mã phím ấn

Ngắt tạo xung PWM

DELAY 200ms

END

Hình 2.2 Thuật toán điều khiển tốc độ

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 21


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

2.5.1.Thuật toán đọc và giải mã phím tốc độ
INT_EX0

Đọc mã phím

Đ

Tỉ lệ xung mức
cao 25%

Cấp TĐ1
?
S

Tỉ lệ xung mức
cao 50%

Đ

Cấp TĐ2
?
S
Đ
Cấp TĐ3
?
S

Tỉ lệ xung mức
cao 100%

Đ

Cấp TĐ4
?
S
RETI

Hình 2.3Sơ đồ thuật toán đọc, giải mã phím

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 22

Tỉ lệ xung mức
cao 75%


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

2.5.2.Thuật toán tạo xung PWM
Bắt Đầu

Nạp lại giá trị
timer
bật timer

S

Tyle_xung
PWM <>0

Đ
Tăng đếm R7

DEM < Tyle_xung
PWM

S
Tắt động cơ

Đ
Bật động cơ

DEM = 100
Đ
DEM = 0

RETI

Hình 2.4 Sơ đồ thuật toán tạo xung PWM
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 23

S


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

2.5.3. Thuật toán tạo trễ
DELAY 50MS

DELAY 200MS

Nạp giá trị cho
timer1
Bật timer

Lcall DELAY 50ms
4 lần

Đợi ngắt
RET

Xoá TF1
Tắt timer1

RET

Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán tạo trễ

Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 24


Môn Vi Xử Lý Trong Đo Lường và Điều Khiển

2.6.Chương trình
#include <AT89X52.H>
#define out

P2_0

#define nut1

P3_0

#define nut2

P3_1

#define nut3

P3_2

#define nut4

P3_3

unsigned char i,muc,dem;
// Subroutine

CT chinh

void main()
{
TMOD = 0x11;
TL0 = -0%256;
TH0 = -0/256;
TF0 = 1;
TR0 = 1;

EA = 1;

// cho phep ngat ngoai

ET1 = 1;
IT1 = 1;
ET0 = 1;

while(1)
{
if(nut1==0) muc=4;
if(nut2==0) muc=6;
if(nut3==0) muc=8;
Nhóm 1 Điện 4 – K9

Page 25