Thiết kế mô hình dây chyền lắp ráp công nghiệp tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN THỊ KIM

THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN LẮP RÁP CÔNG NGHIỆP TỰ ĐỘNG
Chuyên ngành: Sư phạm kĩ thuật

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hướng dẫn khoa học

TIẾN SĨ: NGUYỄN THẾ LÂM

HÀ NỘI, 2013


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tiến sĩ
Nguyễn Thế Lâm người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực
hiện và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thiện khóa luận này!
Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô
Khoa Vật Lý Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ tạo điều
kiện để khóa luận hoàn thiện đúng thời hạn.
Tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người
đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài!
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thị Kim

LỜI CAM ĐOAN

Tôi khẳng định rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do
chính tôi đã nghiên cứu và hoàn thành trên cơ sở những kiến thức đã học và
tài liệu tham khảo. Nó không trùng với kết quả của bất cứ nghiên cứu nào.
Hà Nội, tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thị Kim


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ chân của 8051........................................................................10
Hình 2.2: Sơ đồ chương trình...........................................................................19
Hình 2.3: Hệ thống bus....................................................................................21
Hình 2.4: Sơ đồ vòng quét...............................................................................23
Hình 2.5: Sơ đồ nối với PLC...........................................................................25
Hình 3.1: Bản vẽ mô hình dây chuyền.............................................................26
Hình 3. 2: Hình chiếu bằng khối băng tải.........................................................26
Hình 3.3: Tay quay..........................................................................................27
Hình 3.4:Khối mạch nguồn..............................................................................28
Hình 3.5:Mạch Reset.......................................................................................29
Hình 3.6 : Mạch tạo dao động..........................................................................29
Hình 3.7: Mạch điều khiển nam chân điện.......................................................30
Hình 3. 8: Mạch điều khiển động cơ sử dụng Role..........................................30
Hình 3.9: Mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H................................32
Hình 3. 10: Mạch điện tổng thể........................................................................32


MỤC LỤC

Nội dung

Trang

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.....................................................................................1
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu.....................................................................2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu....................................................................................2
5. Giả thuyết khoa học.......................................................................................2
6. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP........................3
1.1. Robot công nghiệp trên thế giới.................................................................3
1.2. Robot công nghiệp ở Việt Nam..................................................................6
CHƯƠNG 2: HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051......................................................9
2.1. Giới thiệu về họ vi điều khiển 8051….......................................................9
2.1.1. Tổng quát......................................................................................9
2.1.2. Cấu trúc vi điều khiển 8051, chức năng từng chân......................10
2.1.3. Các kiểu lệnh...............................................................................11
2.1.4. Hoạt động của Port nối tiếp.........................................................14
2.1.5. Hoạt động Timer của 8051..........................................................15
2.1.6. Hoạt động Interrup của 8051.......................................................16
2.1.7. Giao tiếp với máy tính.................................................................17
2.1.8. Ngôn ngữ hợp ngữ.......................................................................19
2.2. Giới thiệu về PLC.....................................................................................19
2.2.1. Cơ sở lí thuyết của điều khiển bằng PLC....................................19
2.2.2. Phần cứng....................................................................................20
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG
TRONG CÔNG NGHIỆP.............................................................................26
3.1. Cơ khí.......................................................................................................26

3.1.1. Khối băng chuyền.................................................................................. 26
3.1.2. Khối tay quay........................................................................................ 27
3.2. Mạch điện................................................................................................. 28
3.2.1. Khối mạch nguồn................................................................................... 28
3.2.2. Khối Reset............................................................................................. 29
3.2.3. Khối tạo dao động.................................................................................. 29
3.2.4. Khối mạch điều khiển nam châm điện................................................... 30
3.2.5. Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng Role........................................30
3.2.6. Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H............................. 31
3.2.7. Mạch điện tổng thể................................................................................ 32
3.3. Lập trình................................................................................................... 33
KẾT LUẬN.................................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 38


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm
không còn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới. Đối với các nước
có nền công nghiệp phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết
kế, trang bị đầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác,
các robot trong dây chuyền hết sức linh hoạt. Và đặc biệt công việc điều khiển
dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ
dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo
các chi tiết máy, các sản phẩm khác nhau theo yêu cầu thực tế của thị trường.
Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục, khép kín, từ
nguyên công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho
dự trữ hay đưa ra thị trường đều được tự động hóa.

Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố
gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới. Do điều kiện
kinh tế, cơ cở vậy chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản
xuất tự động công nghệ cao chưa được sử dụng rộng rãi. Vì vậy chúng còn
tương đối mới mẻ, xa lạ với học sinh, sinh viên cũng như các trung tâm gia
công, các công ty chế tạo.
Do vậy việc nghiên cứu, thiết kế mô hình dây chuyền lắp ráp công nghiệp tự
động là cấp thiết.
Trong phạm vi đề tài này, tôi sẽ giới thiệu, thiết kế mô hình dây chuyền
lắp ráp công nghiệp tự động.
2. Mục đích nghiên cứu
Thiết kế mô hình lắp ráp công nghiệp tự động qua đó tiếp cận, kế thừa công
nghệ cao của thế giới.

7


3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo mô hình dây chuyền lắp ráp trong công nghiệp
bằng những vật liệu đơn giản.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này cần thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu mô phỏng và thiết kế, chế tạo phần cơ khí, tay robot của dây
chuyền.
- Nghiên cứu mô phỏng, chế tạo mạch điện tử: Mạch vi điều khiển dùng 8051.
- Lập chương trình hoạt động cho dây chuyền sử dụng ngôn ngữ ASM.
5. Giả thuyết khoa học
Nếu mô hình được triển khai và áp dụng rộng rãi sẽ góp phần hiện đại
hóa nền công nghiệp.
6. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: Đọc và nghiên cứu các tài liệu.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế mô hình lắp ráp tự động.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1. Robot công nghiệp trên thế giới
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec “Robota” có nghĩa là công
việc tạp dịch trong vở kịch Sossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào
năm 1921. Trong vở kịch này, Sossum và con trai của ông đã chế tạo ra
những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người. Đó là một
gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kĩ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt
chước các hoạt động cơ bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry
Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là ”Người máy
công nghiệp” (Industrial Robot). Ngày nay người ta đặt tên người máy công
nghiệp hay robot công nghiệp cho những loại thiết bị được điều khiển tự động
để thực hiện một số thao tác sản xuất. Về mặt kĩ thuật, những robot công
nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kĩ thuật ra đời sớm hơn đó là
các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số
(NC - Numerically Controlled machine tool).Những robot đầu tiên thực chất
là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng
lập trình của máy công cụ điều khiển số. Một trong những robot công nghiệp
đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào
khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate - 1900 được dùng
đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất
robot công nghiệp: Anh - 1967, Thụy Điển và Nhật - 1968 theo bản quyền của
Mỹ, CHLB Đức - 1971, Ý - 1973…
Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả
năng nhận biết và xử lí. Năm 1967, tại trường Đại học tổng hợp Stanford
(Mỹ) đã chế tạo ra loại robot hoạt động theo mô hình “mắt - tay”, có khả năng

nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm


1974, Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi
tính, có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 kg.
Theo dự báo thì trong vòng 20 năm tới mỗi người sẽ có nhu cầu sử
dụng một robot cá nhân như cần một máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm
điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet.
Hơn nửa thế kỷ qua, robot đã có những bước phát triển và tiến hóa
mạnh mẽ. Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm
60 để thay thế con người làm những công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong
môi trường độc hại. Do nhu cầu cần ăn nhập ngày càng nhiều với quá trình
sản xuất phức tạp nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng
linh hoạt và thông minh hơn. Ngày nay, ngoài ứng dụng trong chế tạo máy thì
các ứng dụng robot trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây
dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động lực
cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển.
Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều thời gian qua là:
Tay máy robot (robot Manipulators), robot di động (Mobile robots), robot
phỏng sinh học (Bio Inspired robots) và robot cá nhân (Personal robots). Tay
máy là loại robot có nhiều khớp nối tiếp, mỗi khớp có thể chuyển động tịnh
tiến hoặc quay thường do một động cơ servo điều khiển, đầu tay máy có bàn
kẹp hay tay nắm với nhiều bậc tự do phù hợp với các ứng dụng như sơn, hàn,
gắp phôi…Do sự phát triển của công nghệ và nhu cầu thực tế, các tay máy
ngày nay có nhiều ứng dụng mới như hỗ trợ mổ, hỗ trợ người tàn tật. Robot di
động được nghiên cứu nhiều như Xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous
Guided Vehicles), robot tự hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater
Vehicles), máy bay không người lái UAV (Unmanned Arial Vehicles). Với
robot phỏng sinh học các nghiên cứu thời gian qua tập trung vào 2 loại chính
là robot đi (Walking robots) và robot dáng người (Humanoid robots). Bên

cạnh đó, các loại robot phỏng sinh học dưới nước như robot cá, các cấu trúc


chuyển động phỏng theo sinh vật biển cũng được nhiều nhóm nghiên cứu phát
triển. Hiện nay các ứng dụng của robot đang có xu thế chuyển sang các ứng
dụng thường nhật như robot gia đình (Home robots) và robot cá nhân
(Personal robot). Mặc dù về cấu trúc các loại robot có khác nhau nhưng các
nghiên cứu hiện nay đều hướng về các ứng dụng dịch vụ và hoat động của
robot trong các môi trường tự nhiên.
Theo ước tính chưa đầy đủ của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), năm
2004 trên thế giới có khoảng 770 000 robot đang được sử dụng trong sản xuất
công nghiệp. Trong đó, Nhật Bản sử dụng nhiều nhất với 350 000 robot
(chiếm 45.5 %), EU khoảng 233 000 (chiếm 30.3%), Bắc Mỹ khoảng 104 000
(chiếm 13.5%), còn lại các nước khác.
Theo Hiệp hội robot quốc tế VFR, sở dĩ robot được nhiều nhà máy đưa
vào sản xuất để hạ giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người lao động,
nâng cao chất lượng sản phẩm và tự động hóa dây chuyền sản xuất là do hiệu
xuất làm việc và tính ổn định lớn: tính linh hoạt trong vận hành; hoạt động
tinh vi, nhanh và chuẩn xác; nhất là khả năng thay thế con người làm việc
trong các môi trường độc hại và không an toàn.
Vì thế trong những năm gần đây, mật độ robot phục vụ trong các ngành
công nghiệp trên thế giới tương đối cao.Năm 2006, số robot công nghiệp sử
dụng trong các lĩnh vực chỉ khoảng 950 000 đơn vị.Đến năm 2009, số robot
này đã đạt khoảng 1 031 000 đơn vị.Trong đó, robot phục vụ trong các ngành
công nghiệp tập trung nhiều nhất là Nhật Bản với số lượng lên tới 339 800
đơn vị.Đứng thứ 2 là ở Mỹ với số lượng khoảng 172 800 đơn vị. Đứng thứ 3
là Đức với số lượng khoảng 145 800 đơn vị và sau đó là các nước Hàn Quốc,
Trung Quốc, Ý, các quốc gia Đông Nam Á và các nước khác.
Trên thế giới, robot được sử dụng nhiều nhất trong các ngành chế tạo ôtô,
công nghiệp điện và điện tử, chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm.

Khi quá trình toàn cầu hóa đang tăng tốc, ngành robot ngày càng có vai
trò sống còn để đảm bảo cho ngành công nghiệp và các nhiệm vụ sản xuất,
robot là yếu tố then chốt, đem tới cho các nhà sản xuất cơ hội tiếp tục sản xuất.
Hiện nay và hơn bao giờ hết, nhu cầu duy trì cạnh tranh là động lực
quyết định đầu tư cho ngành robot.
1.2. Robot công nghiệp ở Việt Nam
Chế tạo robot công nghiệp là ngành thuộc lĩnh vực công nghệ cao.Ở
nước ta, lĩnh vực này còn khá mới mẻ và phần lớn mới dừng ở mức thử
nghiệm.
Robot là thành phần chủ chốt trong tự động hóa công nghiệp do tính
linh hoạt trong vận hành, hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn xác, có khả năng
thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an toàn. Đối
với Việt Nam, mặc dù có ưu thế nhân công rẻ nhưng việc sử dụng robot công
nghiệp vào trong sản xuất là thực sự cần thiết bởi nó sẽ làm thay đổi cục diện
tại các nhà máy và bắt kịp được với sự phát triển chung của thế giới. Robot
công nghiệp có thể thay thế công nhân hiệu quả hơn, giảm chi phí sản xuất,
tạo ra sản phẩm chất lượng cao và ổn định, hiện đại hóa công nghệ sản xuất,
tạo cho sản phẩm sức cạnh tranh.
Trong khoảng 25 năm qua, nước ta đã có những hoạt động nghiên cứu
bước đầu và đã có những bước tiến đáng kể về robot. Trong đó có những đề
tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp nhà nước thuộc các lĩnh
vực tự động hóa, cơ khí chế tạo do các tổ chức khoa học và công nghệ trên
toàn quốc thực hiện như Đại học bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP.
Hồ Chí Minh, Viện nghiên cứu điện tử,Tin học, Tự động hóa (Bộ công
thương), Viện khoa học và Công nghệ quân sự, Viện cơ học và Viện Công
nghệ thông tin (Viện KH và CN Việt Nam)…
Các nghiên cứu về robot ở nước ta liên quan nhiều đến vấn đề động
học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lí thông tin cảm biến, cơ cấu chấp

hành, điều khiển và phát triển trí thông minh.Cùng với các kết quả về thực
nghiệm, nhiều công trình nghiên cứu khoa học về robot đã được công bố trên
các tạp chí khoa học kĩ thuật trong và ngoài nước.
Ở Việt Nam, về mặt lí thuyết, chúng ta cũng hoàn toàn có thể phát triển
được các loại robot thông minh, nhưng do cơ sở hạ tầng kĩ thuật còn hạn chế,
ngành công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp robot chưa phát triển, các thiết bị
kiểm tra, kiểm định chất lượng robot chưa có hoặc có chưa đầy đủ và quy mô
thị trường còn hạn hẹp, nên không đủ điều kiện để phát triển các loại robot
dạng này. Vì vậy, xu hướng hiện nay vẫn dừng lại ở việc phát triển các loại
robot công nghiệp.
Tại Việt Nam, những năm qua, robot đã được sử dụng trong các ngành
sản xuất vật liệu xây dựng, luyện kim, chế tạo cơ khí, công nghiệp đóng tàu,
an ninh quốc phòng và một vài lĩnh vực khác như thăm dò khai thác trên biển.
Trong sản xuất vật liệu xây dựng, robot được sử dụng cho dây chuyền nghiền
than tại công ty Gốm xây dựng Hạ Long. Tại các lò luyện cốc, công đoạn cấp
than là một điển hình về môi trường độc hại, khói bụi và nhiệt độ cao, ảnh
hưởng lớn đến sức khỏe con người. Các nhà khoa học đã nghiên cứu thử
nghiệm phương án sử dụng robot cho khâu cấp than từ phía đỉnh lò và đề xuất
phương án sử dụng robot ở một số khâu khác cho công ty Gang thép Thái
Nguyên.
Robot bốc xếp thay thế công nhân ở công đoạn lấy và sắp xếp sản
phẩm trong dây chuyền sản xuất kính cũng là một nhu cầu lớn. Trong công
đoạn đúc kim loại ở các nhà máy cơ khí và luyện kim, có thể sử dụng robot ở
các khâu rót kim loại và tháo dỡ khuôn- những khâu nặng nhọc, dễ gây tai
nạn.
Hàn và cắt kim loại là công nghệ chiếm tỷ trọng lớn trong ngành công
nghiệp đóng tàu, có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm.
Nhu cầu sử dụng robot hàn, cắt là rất đáng kể.Robot được sử dụng trong một

số công đoạn hàn vỏ tàu ở phần đuôi, các robot tự hành có khả năng nhận
dạng vết hàn phục vụ cho việc tự động hóa một số công đoạn hàn trên boong
và bên trong thân tàu thủy. Trong công đoạn sản xuất nhựa nói chung và sản
xuất phôi cho chai nhựa nói riêng, các tay máy được sử dụng để lấy sản phẩm
đang ở nhiệt độ cao từ trong khuôn ra ngoài, rút ngắn chu kì ép của máy ép
nhựa.


CHƯƠNG 2: HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
2.1. Giới thiệu về họ vi điều khiển 8051
2.1.1.Tổng quát
Mạch vi điều khiển đóng vai trò là phần trung tâm của robot. Vi điều
khiển có thể ví như là bộ não của một cơ thể người, điều khiển mọi hoạt động
của robot. 8051 là loại vi điều khiển được sử dụng nhiều nhất từ trước đến
nay.
Vào năm 1976 Intel giới thiệu bọ vi điều khiển ( Microcontroller) 8748,
một chip tương tự như các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều
khiển MCS - 48. 8748 là một vi mạch chứa trên 17 000 transistor bao gồm
một CPU, 1Kbyte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định
thời 8 bit.
Độ phức tạp, kích thước và khả năng của các bộ vi điều khiển được
tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip 8051, bộ
vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS - 51, chứa trên 60 000
transistor, có các đặc trưng được tóm tắt như sau:
- 4 K byte ROM.
- 128 byte RAM.
- 4 port xuất nhập (I/ O port) 8 bit.
- 2 bộ định thời 16 bit.

- Mạch giao tiếp nối tiếp.
- Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64K.
- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K.
- Bộ xử lí bit (thao tác trên các bit riêng rẽ).
- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit.
- Nhân, chia trong 4µs.


2.1.2. Cấu trúc vi điều khiển 8051, chức năng từng chân

Hình 2.1: Sơ đồ chân của 8051.
32 trong số 40 chân của 8051 có công dụng xuất/ nhập, tuy nhiên 24/
32 đường này có 2 mục đích (công dụng). 32 chân hình thành 4 port 8-bit. 8
đường cho mỗi port có thể được xử lý như một đơn vị giao tiếp với các thiết
bị song song như máy in, bộ biến đổi D-A, vv…hoặc mỗi đường có thể hoạt
động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn bit như chuyển mạch, LED, BJT,
FET, cuộn dây, loa,vv…
+ Các chân từ 1 đến 8 - Port 1, P1.0, P1.1,…,P1.7, chỉ có một công
dụng là xuất/ nhập. Chúng không có chức năng nào khác ngoài việc được
dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi.
+ Chân 9 - RST: Chân RESET, là ngõ vào xóa chính (master reset) của
8051 dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ
thống. Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy, các thanh
ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại
hệ thống.

16


+ Các chân từ 10 đến 17 -Port 3, có 2 công dụng. Khi không hoạt động

xuất/ nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng liên quan đến các
đặc trưng cụ thể của 8051.
+ Chân 18 và chân 19- chân XTAL1 và XTAL2: Mạch dao động bên
trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài nhờ hai chân này.
+ Các chân từ 21 đến 28 -Port 2 , có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ
xuất/ nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có
bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ
liệu ngoài.
+ Chân 29 - PSEN: Chân cho phép bộ nhớ chương trình, cho phép ta
truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài.
+ Chân 30 - ALE: Chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE
(address latch enable) để giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ.
+ Chân 31- EA: Chân truy xuất ngoài, ngõ vào này có thể được nối với
5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0). Nếu chân này nối lên 5V, 8051 thực thi
chương trình trong ROM nội (chương trình nhỏ hơn 4K).Nếu chân này nối
với GND (và chân PSEN cũng ở logic 0), chương trình cần thực thi chứa ở bộ
nhớ ngoài - ROM ngoại.
+ Các chân từ 32 đến 39 -Port 0, có 2 công dụng. Trong các thiết kế có
tối thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm vụ xuất/ nhập.Trong các thiết
kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp.
+ Chân số 40 là VCC , có chức năng cấp điện áp nguồn cho chíp.
Nguồn điện áp là+5V.
+ Chân số 20 là GND, được nối với đất.
2.1.3. Các kiểu lệnh (Instruction types)
2.1.3.1. Các lệnh số học (Arithmetic Intrustion)
- ADD A, <src, byte>: Lệnh cộng.
- SUBB A, <src, byte>: Lệnh trừ.


- INC <byte>: Tăng đơn vị.

- DEC <byte>: Giảm đơn vị.
- MULL AB: Lệnh nhân.
- DIV AB: Lệnh chia.
2.1.3.2. Các hoạt động logic (Logic Operation)
Tất cả các lệnh logic sử dụng thanh ghi A như là một trong những toán
hạng thực thi một chu kỳ máy, ngoài A ra mất 2 chu kỳ máy. Những hoạt
động logic có thể được thực hiện trong bất kỳ byte nào trong vị trí nhớ dữ liệu
nội mà không qua thanh ghi A.
Các hoạt động logic được tóm tắt như sau:
- ANL <dest – byte><src – byte >: Lệnh and.
- ORL <dest – byte><src – byte>: Lệnh or.
- CLR A
- RL

:(A)  0.

A: Quay vòng thanh ghi A qua trái một bit.

RLA: Quay vòng thanh ghi A qua phải 1 bit.
- SWAP

A

: Đổi chỗ 4 bit thấp và 4 bit cao của A cho nhau.

2.1.3.3. Các lệnh rẽ nhánh
Có nhiều lệnh để điều khiển lên chương trình bao gồm việc gọi hoặc trả lại
từ chương trình con hoặc chia nhánh có điều kiện hoặc không có điều kiện.
Sau đây là sự tóm tắt từng hoạt động của lệnh này:
JC

rel

: Nhảy đến “rel” nếu cờ Carry C = 1.

JNC rel

: Nhảy đến “rel” nếu cờ Carry C = 0.

JB

bit, rel

: Nhảy đến “rel” nếu (bit) = 1.

JNB bit, rel

: Nhảy đến “rel” nếu (bit) = 0.

JBC bit, rel

: Nhảy đến “rel” nếu (bit) = 1và xóa bit.

ACALL addr 11 : Lệnh gọi tuyệt đối trong page 2K.
LCALL addr 16
RET

: Lệnh gọi dài chương trình con trong 64 K.
: Kết thúc chương trình con trở về chương trình chính.

AJMP Add 11

: Nhảy tuyệt đối không điều kiện trong 2 K.

LJMP Add 16

: Nhảy dài không điều kiện trong 64 K như lệnh LCALL.

SJMP

: Nhảy ngắn không điều kiện trong (128  127) byte.

rel

JMP @ A + DPTR : Nhảy không điều kiện đến địa chỉ (A) + (DPTR).
JZ

rel

JNZ rel

: Nhảy đến A=0. Thực hành lệnh kế nếu A # 0.
: Nhảy đến A=0. Thực hành lệnh kế nếu A = 0.

CJNE A,direct,rel : So sánh và nhảy đến A # direct.
2.1.3.4. Các lệnh dịch chuyển dữ liệu
Các lệnh dịch chuyển dữ liệu trong những vùng nhớ nội thực thi 1 hoặc
2 chu kỳ máy. Mẫu lệnh MOV <destination>, <source> cho phép di chuyển
dữ liệu bất kỳ 2 vùng nhớ nào của RAM nội hoặc các vùng nhớ của các thanh

ghi chức năng đặc biệt mà không thông qua thanh ghi A.
Các lệnh dịch chuyển bộ nhớ nội và bộ nhớ ngoại dùng sự định vị gián
tiếp. Địa chỉ gián tiếp có thể dùng địa chỉ 1 byte (@ Ri) hoặc địa chỉ 2 byte
(@ DPTR). Tất cả các lệnh dịch chuyển hoạt động trên toàn bộ nhớ ngoài
thực thi trong hai chu kỳ máy và dùng thanh ghi A làm toán hạng
DESTINATION.
Hoạt động của từng lệnh được tóm tắt như sau:
- MOV

A,Rn

: (A) (Rn).

- MOV

A,direct

: (A)  (direct).

- MOV

A,@ Ri

: (A) ((Ri)).

- MOV

A,# data

: (A) #data.

- MOV

DPTR,# data 16

: (DPTR)  # data 16.

- MOV

A,@ A + DPTR

: (A) (A) +(DPTR).

- MOV

@ A + PC

: (PC) (PC) + 1.
(A) (A) +(PC).

- MOVX

A,@ Ri

: (A) ((Ri)).

- MOVX

@ DPTR,A : ((DPTR))  (A).

- PUSH

direct

: Cất dữ liệu vào Stack.

- POP

direct

: Lấy từ Stack ra direct.

- XCH

A,Rn

:Đổi chỗ nội dung của A với Rn.

- XCHD

A,@ Ri

: Đổi chỗ 4 bit thấp của (A) với ((Ri)).

2.1.3.5. Các lệnh luận lý (Boolean Instruction)
8051 chứa một bộ xử lý luận lý đầy đủ cho các hoạt động bit đơn, đây là
một điểm mạnh của họ vi điều khiển MSC - 51 mà các họ vi sử lý khác không
có.
Hoạt động của các lệnh luận lý được tóm tắt như sau:

- CLRC

: Xóa cờ Carry xuống 0. Có ảnh hưởng cờ Carry

- CLRBIT

: Xóa bit xuống 0. Không ảnh hưởng cờ Carry.

- SET C

: Set cờ Carry lên 1. Có ảnh hưởng cờ Carry.

- SET BIT

: Set bit lên 1. Không ảnh hưởng cờ Carry.

- CPL C

: Đảo bit cờ Carry. Có ảnh hưởng cờ Carry.

- CPL BIT

: Đảo bit. Không ảnh hưởng cờ Carry.

- ANL

C,BIT

: (C) (C) AND (BIT). Có ảnh hưởng cờ Carry.

- ANL

C,/BIT

: (C) (C) AND NOT (BIT). Không ảnh hưởng cờ

- ORL

C,BIT

: (C) (C) OR (BIT). Tác động cờ Carry.

- ORL

C,/BIT

: (C) (C) OR NOT (BIT). Tác động cờ Carry.

- MOV

C,BIT

:(C)  (BIT), Cờ Carry bị tác động.

- MOV

BIT,C

:(BIT) (C), Cờ Carry không bị tác động.

Carry.

2.1.4. Hoạt động của Port nối tiếp 8051
2.1.4.1.Giới thiệu
Port nối tiếp của 8051 có thể hoạt động trong các mode riêng biệt trên
phạm vi cho phép của tần số. Chức năng chủ yếu của Port nối tiếp là thực
hiện sự chuyển đổi song song thành nối tiếp cho dữ liệu ra và sự chuyển đổi
nối tiếp thành song song cho dữ liệu vào.


Phần cứng truy xuất với Port nối tiếp qua các chân TXD (P3.1) và RXD
(P3.0).
Port nối tiếp tham dự hoạt động đầy đủ (sự phát và thu cùng lúc), và
thu vào bộ đệm mà nó cho phép 1 ký tự nhận vào và nó được cất ở bộ đệm
trong khi ký tự thứ 2 được nhận vào. Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi
ký tự thứ hai được nhận vào hoàn toàn thì dữ liệu không bị mất.
2.1.4.2. Sự khởi động, truy xuất các thanh ghi Port nối tiếp
Sự cho phép bộ thu (Recive Enable): Bit cho phép thu REN (REN =1
sẽ cho thu kí tự) trong thanh ghi SCON - một trong hai thanh ghi chức năng
đặc biệt cung cấp cho phần mềm truy xuất đến Port nối tiếp, phải được set bởi
phần mềm để cho phép sự thu các ký tự. Điều này thường được làm ở đầu
chương trình khi các Port nối tiếp và các Timer…được khởi động. Ta có thể
khởi động bằng lệnh: SETB REN hoặc MOV CON,# XXX1XXXXB
Cờ ngắt: Cờ ngắt thu RI và phát TI trong thanh ghi SCON vận hành
một Role quan trọng trong sự truyền nối tiếp 8051. Cả 2 bit đều được set bởi
phần cứng nhưng phải xóa bởi phần mềm.
2.1.5. Hoạt động Timer của 8051
2.1.5.1. Giới thiệu
Bộ định thời Timer là một chuỗi các Flip Flop được chia làm 2, nó nhận
tín hiệu vào là một nguồn xung clock.

Các Timer được ứng dụng thực tế cho các hoạt động định hướng. 8051 có
2 bộ Timer 16 bit, mỗi Timer có 4 mode hoạt động. Các Timer dùng đếm giờ,
đếm các sự kiện cần thiết và sự sinh ra tốc độ của Baud bởi sự gắn liền Port
nối tiếp.
Trong các ứng dụng định thời, 1 Timer được lập trình để tràn ở một
khoảng thời gian đều đặn và được set cờ tràn Timer. Cờ được dùng để đồng
bộ chương trình để thực hiện một hoạt động như việc đưa tới một tầng các
ngõ vào hoặc gửi dữ liệu đến ngõ ra. Các ứng dụng khác có sử dụng việc ghi


giờ đều đều của Timer để đo thời gian đã trôi qua hai trạng thái (ví dụ đo độ
rộng xung). Việc đếm một sự kiện được dùng để xác định số lần xuất hiện của
sự kiện đó, tức thời gian trôi qua giữa các sự kiện.
2.1.5.2. Thanh ghi mode Timer - TMOD (Timer Mode Regiter)
Thanh ghi mode gồm 2 nhóm 4 bit là: 4 bit thấp đặt mode hoạt động cho
Timer 0 và 4 bit cao đặt mode hoạt động cho Timer 1.
TMOD không có bit định vị, nó thường được LOAD một lần bởi phần mềm ở
đầu chương trình để khởi động mode Timer. Sau đó sự định giờ có thể dừng
lại, được khởi động lại như thế bởi sự truy xuất các thanh ghi chức năng đặc
biệt của Timer khác.
2.1.5.3. Thanh ghi điều khiển Timer – TCON (Timer Control Register)
Thanh ghi điều khiển bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển
bởi Timer 0 và Timer 1. Thanh ghi TCON có bit định vị.
2.1.5.4. Sự bắt đầu, kết thúc và sự điều khiển các Timer (Starting, Stopping and
Controlling the Timer)
Bit TRx trong thanh ghi có bit định vị TCON được điều khiển bởi phần
mềm để bắt đầu hoặc kết thúc các Timer. Để bắt đầu các Timer ta set bit TRx
và để kết thúc Timer ta Clear TRx. Bit TRx bị xóa sau sự reset hệ thống, do
đó các Timer bị cấm bằng sự mặc định.
2.1.5.5. Sự khởi động và truy xuất các thanh ghi Timer.

Các Timer được khởi động 1 lần ở đầu chương trình để đặt mode hoạt
động cho chúng. Sau đó trong thân chương trình các Timer được bắt đầu,
được xóa, các thanh ghi Timer được đọc và cập nhật…theo yêu cầu của từng
ứng dụng cụ thể.
2.1.6. Hoạt động Interrup của 8051
2.1.6.1. Giới thiệu
Interrup là một sự cố có điều kiện mà nó gây ra sự ngưng lại tạm thời
của chương trình để phục vụ một chương trình khác. Các Interrup vận hành


một Relay rất quan trọng trong thiết bị và sự cung cấp đầy đủ các ứng dụng vi
điều khiển. Chúng cho phép 1 hệ thống đáp ứng đồng bộ đến sự kiện quan
trọng và giải quyết sự kiện đó trong khi chương trình khác đang thực thi.Một
hệ thống được lái bởi Interrup cho 1 kỹ xảo làm nhiều công việc cùng một
lúc.Tất nhiên CPU không thể thực thi nhiều lệnh tại một thời điểm, nhưng nó
có thể tạm thời treo việc thực thi của chương trình chính để thực thi chương
trình khác và sau đó quay lại chương trình chính.
Khi chương trình chính đang thực thi mà có một sự ngắt xảy đến thì
chương trình chính ngưng thực thi và rẽ nhánh đến thủ tục phục vụ ngắt ISR
(Interrup Service Routine). ISR thực thi để thực hiện hoạt động và kết thúc
với lệnh “trở lại từ sự ngắt”: Chương trình tiếp tục nơi mà nó dừng lại.
2.1.6.2. Tổ chức Interrup của 8051 ( Interrup Oganizition).
8051 cung cấp 5 nguồn ngắt, 2 sự ngắt ngoài, 2 sự ngắt Timer và một
sự ngắt Port nối tiếp. Tất cả các Interrup bị mất tác dụng bởi sự mặc định sau
khi reset hệ thống và được cho phép cá biệt bởi phần mềm.
2.1.7. Giao tiếp với máy tính
Việc giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại vi có thể được thực hiện
bằng 3 cách:
- Giao tiếp bằng Slot - Card.
- Giao tiếp qua cổng song song (máy in).

- Giao tiếp qua cổng nối tiếp (COM).
2.1.7.1. Giao tiếp bằng Slot - Card.
Bên trong máy tính, ngoài những khe cắm dùng cho Card vào - ra, card
màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Để giao tiếp với máy tính, ta có
thể thiết kế card mở rộng để gắn vào khe cắm mở rộng này.
2.1.7.2. Giao tiếp qua cổng song song (máy in).
Việc giao tiếp giữa KIT Vi điều khiển máy tính được thực hiện qua ổ
cắm 25 chân ở phía sau máy tính. Qua cổng này dữ liệu được truyền đi song
song, nên đôi khi còn được gọi là cổng ghép nối song song.


Khi máy tính gởi dữ liệu ra cổng máy in muốn dữ liệu này qua KIT Vi
điều khiển 8051 ta phải giao tiếp qua một vi mạch 8255. IC 8255 làm việc ở
Mode 1: Port A là nhập dữ liệu; Port B xuất dữ liệu.
2.1.7.3. Giao tiếp bằng cổng nối tiếp
Cổng nối tiếp RS232 là một giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Người ta
còn gọi cổng này là cổng COM1, còn cổng COM2 cũng được sử dụng thuận
tiện cho việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi.
Việc truyền dữ liệu qua cổng COM được tiến hành theo cách nối tiếp.
Nghĩa là các bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn. Loại
truyền này có khả năng dùng cho những ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng
cách lớn hơn, bởi vì khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng một
cổng song song (cổng máy in).
Cổng COM không phải là một hệ thống bus nó cho phép dễ dàng tạo ra
liên kết dưới hình thức điểm với điểm giữa 2 máy cần trao đổi thông tin với
nhau, một thành viên thứ 3 không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin
này.
Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên 2 đường dẫn. Qua chân cắm ra TXD
máy tính gửi dữ liệu của nó đến KIT Vi điều khiển. Trong khi đó dữ liệu mà
máy tính nhận được lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai

trò như là tín hiệu bổ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi
trường hợp ứng dụng đều dùng hết.
Vì tín hiệu cổng COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương
thích với điện áp TTL nên để giao tiếp KIT Vi điều khiển 8051 với máy tính
qua cổng COM ta phải qua một vi mạch biến đổi diện áp cho phù hợp với
mức TTL.
Giao tiếp theo cách này, khoảng cách từ máy tính đến thiết bị ngoại vi
có thể đạt tới trên 20 mét.


2.1.8. Ngôn ngữ hợp ngữ
Hợp ngữ (Assembly Language) là một loại ngôn ngữ giúp lập trình
viên viết chương trình dễ dàng hơn thay cho ngôn ngữ máy, khác với ngôn
ngữ máy ở chỗ thay vì viết chương trình dưới dạng nhị phân người ta dùng
một số ký hiệu tương trưng, như MOV là lệnh chuyển, ADD là lệnh cộng,
SUB là lệnh trừ.
Dĩ nhiên là máy không thể hiểu được chương trình viết bằng hợp ngữ
nên phải qua giai đoạn dịch, để dịch chương trình hợp ngữ sang ngôn ngữ
máy gọi là trình hợp ngữ (Assembler). Chương trình viết bằng hợp ngữ gọi là
chương trình nguồn (hay gốc - sourse program) và chương trình dưới dạng
ngôn ngữ máy dịch từ chương trình nguồn gọi là chương trình đích (hay đối
tượng - object program) (Hình 2.2).

Hình 2.2: Sơ đồ chương trình.
2.2. Giới thiệu về PLC
2.2.1. Cơ sở lý thuyết của điều khiển bằng PLC
PLC là từ viết tắt của Programable Logic Controller, đây là thiết bị
logic lập trình được, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực
hiện được xác định bởi một chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC. Các

thiết bị ngoại vi (cảm biến, nút ấn, công tắc nhạy, công tắc tơ, đèn tín hiệu…)
đều được nối với PLC. Khi cần mở rộng hay thay đổi chức năng của bộ điều
khiển ta chỉ việc thay đổi chương trình trong bộ nhớ nhờ lập trình lại.
Thực chất nó là một hệ vi xử lý có những ưu điểm mà các hệ vi xử lý
khác không có được và được cài đặt sẵn hệ điều hành với chức năng có thể