Điều khiển và hiển thị tốc độ động cơ điện một chiều
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.19 MB, 70 trang )
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của công nghệ Tự Động Hóa thời gian qua không tách rời sự
phát triển của các công nghệ cao khác như công nghệ thông tin (CNTT), công nghệ
truyền thông và cơ điện tử. Các thành tựu của chip vi xử lý, mạng và truyền thông
được áp dụng rộng rãi trong các sản phẩm và hệ thống TĐH. Ngược lại, nhiều
nguyên lý của điều khiển tự động được ứng dụng trong các sản phẩm CNTT. Các
sản phẩm công nghệ cao ngày càng thông minh hơn và được thiết kế tích hợp tối ưu
cả phần xác (phần cứng - cơ khí, linh kiện…) và phần hồn (phần mềm - software,
thuật toán…) trên quan điểm cơ điện tử.
Trong thời gian học tập và nghiên cứu, được học tập và nghiên cứu môn vi
điều khiển , lập trình C và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của hệ thống sản
xuất hiện đại. Vì vậy để có thể nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó
vào trong thực tế, chúng em được nhận đồ án môn học với đề tài: “Tính toán,
thiết kế chế tạo mạch điều chỉnh và đo tốc độ động cơ điện một chiều”. Với đề
tài được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên
cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho
việc hoàn thiện sản phẩm.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy Nguyễn Đình Hùng cùng
với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành
xong đồ án của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không
tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận
được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Page 1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
..............................................................................................................................
Hưng Yên, tháng
năm
Giáo viên hướng dẫn
Page 2
MỤC LỤC
Lời nói đầu…………………………………………………………………....…....1
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU......................................................………..........................8
1.1.Phân tích yêu cầu và mục tiêu của đề tài………………………….....................8
1.2.Kế hoạch thực hiện………………………………………………......................9
1.3.Ý nghĩa của đề tài……………………………………………….......................10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………......................11
2.1. Giới thiệu họ vi điều khiển 80C51/89C51…………………………................11
2.1.1. Cấu trúc chung của bộ vi điều khiển……………………………..................11
2.1.2. Các thanh ghi chức năng đặc biệt………………………………...................16
2.1.3. Các cổng I/O của 80C51/89C51………………………………….…………20
2.1.4. Khối tạo thời gian và bộ đếm……………………………………………….21
2.2. Các phương pháp đo tốc độ động cơ………………………………………….22
2.2.1. Đo tốc độ sử dụng máy phát tốc…………………………………....……….22
2.2.2.Đo tốc độ sử dụng cảm biến quang và đĩa giải mã………………………….22
2.2.3.Đo tốc độ sử dụng máy đo góc tuyệt đối…………………………….…...…22
2.2.4.Đo tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato………………..22
2.3. Encoder……………………………………………………………………….24
2.3.1. Giới thiệu Encoder………………………………………………………….24
Page 3
2.3.2. Encoder tuyệt đối…………………………………………………………...25
2.3.3. Encoder tương đối…………………………………………………………..27
2.4. Động cơ điện một chiều………………………………………………………29
2.4.1. Giới thiệu động cơ điện một chiều………………………………………….29
2.4.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ……………………………….36
2.5. LED 7 thanh………………………………………………….……………….40
2.5.1. Sơ lược về Led 7 thanh………………………………………….………….40
2.5.2. Kết nối với vi điều khiển…………………………………………….……42
2.6. Giới thiệu TCA 785…………………………………………………………...43
CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH………………………………47
3.1. Thết kế sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động…….……………………………47
3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối………………………………….………………………47
3.1.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị tốc độ………..……………………48
3.1.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ…………………………..49
3.2. Tính toán và lựa chọn linh kiện……………………………………………….50
3.2.1. Tính toán mạch điều khiển tốc độ…………………………….…………….50
3.2.2. Tính toán mạch hiển thị tốc độ………………………………...……………55
3.2.3. Tính toán mạch nguồn ……………………………………………...………57
3.3. Chương trình điều khiển…………………………………………………..….61
Page 4
3.3.1. Lưu đồ thuật toán…………………………………………………………...61
3.3.2. Chương trình điều khiển……………………………………………………61
3.4. Chế tạo mạch……………………………………………………….………..63
3.4.1. Sơ đồ mạch in……………………………………………………………..66
3.4.2. Hình ảnh mạch thực tế………………………………………..……...…….67
KẾT LUẬN………………………………………………………….……….….68
1. Kết quả đạt được…………………………..……………………….….……....68
2. Hướng phát triển đề tài……………………………............................................68
Page 5
MỤC LỤC
HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số cơ bản của 89C51/89C52……………..……….……………..11
Bảng 2.2: Họ vi điều khiển 89C51…………………………..………….……..…..12
Bảng 3.1: Các tham số của TCA 785…...…………………………………………54
Hình 2.1: Sơ đồ khối 8051/89C51-89C52…………………….………….………..13
Hình 2.2: Sơ đồ chân tín hiệu 8051/89C51-89C52…………..……………..……..14
Hình 2.3: Encoder tuyệt đối (absolute encoder)…………….…….……………….25
Hình 2.4: Đĩa encoder tương đối kiểu quay…….…………………………..……..27
Hình 2.5: Lỗ định vị trên encoder tương đối kiểu quay…..….………..…………..28
Hình 2.6: Động cơ điện một chiều…..……………………….……………...…….29
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều…………………32
Hình 2.8: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập………...…….…33
Hình 2.9: Động cơ DC có gắn encoder………...………………………………….34
Hình 2.10: Incremental encoder…………...………………………………………35
Hình 2.11: Encoder hai pha………...……………………………………………...36
Hình 2.12: Giản đồ xung của encoder hai pha…………...………………………..36
Hình 2.13: Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng....37
Hình 2.14: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp….38
Page 6
Hình 2.15: Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông…...………38
Hình 2.16: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi từ thông...39
Hình 2.17: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện trở phụ
Rf trên mạch phần ứng……………………………………………………………..40
Hình 2.18: Sơ đồ vị trí các led…………...………………………………………...42
Hình 2.19: Kết nối led với vi điều khiển ……………..…………………………...42
Hình 2.20: Sơ đồ chân TCA 785………...………………………………...………43
Hình 2.21: Sơ đồ cấu trúc TCA 785………...……………………………………..44
Hình 2.22: Dạng sóng điện áp tại các chân của TCA 785………..……….………46
Hình 3.1: Sơ đồ khối………...…………………………………………………….47
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị tốc độ…………...………………….…..48
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ……...………………………..49
Hình 3.4: Mạch điều khiển tốc độ……...………………………………………….50
Hình 3.5: PC 817…...…………………………………………………………......52
Hình 3.6: Mạch hiển thị tốc độ ………...…………………………………………55
Hình 3.7: Mạch nguồn 5V DC ………...……………………………………..…..57
Hình 3.8: Mạch nguồn 15V DC…...………………………………………......….58
Hình 3.9: Sơ đồ in mạch hiển thị tốc độ…………………………………………..66
Hình 3.10: Sơ đồ in mạch điều khiển tốc độ …………………………...………...66
Page 7
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. Phân tích yêu cầu và mục tiêu của đề tài.
1.1.1. Yêu cầu
Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải đi thiết kế một mạch đo và hiển thị
tốc độ động cơ điện 1 chiều
Sử dụng các trang thiết bị máy móc ,phần mềm vi điều khiển , các tài liệu chuyên
môn để tính toán và thiết kế mạch điều khiển .
Linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiện điều khiển. Mạch sử dụng các họ vi
điều khiển 8051, 89C51 ,89C52…. Trong quá trình chạy mạch thì việc thu phát tín
hiệu là nhiệm vụ của cảm biến quang hay còn gọi là encoder . Encoder dùng để
quản lý vị trí góc của một đĩa quay, bánh xe, hay trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị
quay nào cần xác định góc của nó.
1.1.2. Mục tiêu
Nắm được một cách tổng quan về các phần tử của họ vi điều khiển. Nghiên cứu về
các mạch điều khiển , hiểu được nguyên lý làm việc của mạch các phương pháp
điều khiển từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất để có áp dụng trên đồ án của
mình và ngoài thực tiễn.
Có khả năng tính toán, thiết kế và chế tạo mạch đo và hiển thị tốc độ động cơ .sau
đó ứng dụng vi điều khiển lập trình điều khiển mạch đo.
Page 8
1.2. Kế hoạch thực hiện
STT
Tuần
Công việc thực hiện
Người thực hiện
1
1
- Tìm hiểu đề tài và nhận đồ án.
Cả nhóm
2
2
-Chọn phương án thực hiện đề tài.
Cả nhóm
-Phân chia công việc.
3
3+4
-Xây dựng sơ đồ khối.
P.Hưng
-Tìm hiểu sơ đồ mạch điều khiển.
-Tìm hiểu sơ đồ mạch lực.
N.Hưng
-Thiết kế sơ đồ nguyên lý.
4
5
5+6
7+8
-Tìm hiểu linh kiện sử dụng.
N.Hưng
-Tính toán thông số.
P.Hưng
Thực hiện làm mạch:
Cả nhóm
-Mua linh kiện.
-Hàn mạch.
6
9
-Kiểm tra các thông số của mạch.
Cả nhóm
-Hoàn thành bản lý thuyết.
7
10
Chuẩn bị bảo vệ đồ án.
1.3. Ý nghĩa của đề tài.
Page 9
Cả nhóm
Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến
thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế. Đề tài còn thiết kế chế tạo
thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là sinh viên khoa Điện –
Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viên
khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập.
Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp
chúng em có thể hiểu sâu hơn về các họ vi điều khiển, các phương pháp điều khiển
và lập trình. Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ra ngoài thực
tế.
CHƯƠNG 2
Page 10
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về họ vi điều khiển.
Vi điều khiển (VĐK) là 1 hệ vi xử lý (VXL) được tổ chứ trong một chip. Nó
bao gồm :
-Bộ VXL (CPU)
-Bộ nhớ chương trình (ROM/EPROM/EEPROM/FLASH)
-Các thanh ghi chức năng , các cổng I/O ,cơ chế điều khiển ngắt và truyền thông
nối tiếp.
-Các bộ thời gian dùng trong lĩnh vực chia tần và tạo thời gian thực.
2.1.1. Cấu trúc chung của bộ vi điều khiển.
Họ VĐK 8051/89C51-89C52.
8051 là vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS51
được Intel sản xuất vào năm 1980. Họ MCS51 là họ 8-bit có khả năng định địa chỉ
64KB bộ nhớ chương trình và 64KB bộ nhớ dữ liệu.
Có
Có
Không
ROM
EPRO
có
trong
M trong ROM
ROM
RAM
( bytes) ( bytes)
trong
Các
Các
cổng
định thì/Bộ
I/O
mạch
8 đếm 16 bit
UART
bit
80C51
87C51
80C31
4K
128
4
2
Có
80C52
87C52
80C32
8K
256
4
3
có
Bảng 2.1: Thông số cơ bản của 89C51/89C52
Chú ý: - Loạt 80C3x không có ROM/EPROM trong chip.
Page 11
-Loạt 80C5x có từ 2KB đến 8KB ROM/EPROM trong chip.
- Loạt 89XX có bộ nhớ chương trình bên trong là “Flash EEPROM”
- Loạt 80CX1 có 128 byte RAM nội.
- Loạt 80CX2 có 256 byte RAM nội.
- Về công nghệ chế tạo : loạt 8XXX với công nghệ NMOS , loạt 8XCXX
với công nghệ CMOS.
Họ VĐK
ROM
RAM
I/O
Các mạch
định thì/Bộ
đếm 16 bit
89C51
4KB
256KB
4
Bảng 2.2. Họ vi điều khiển 89C51.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng.
- 64KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
- 1 bộ xử lý luận lý.
-210 bit được địa chỉ hóa.
Sơ đồ khối 8051/89C51-89C52.
Page 12
3
Hình 2.1: Sơ đồ khối 8051/89C51-89C52.
Bộ VDK hoạt động ở tần số 12 MHZ với bộ nhớ ROM 4 KB ,bộ nhớ RAM 128
byte cư trú bên trong vá có thể mở rộng bộ nhớ ra ngoài .Ơ bộ VDK này còn có 4
cổng 8 bit (P0 P3) vào/ra 2 chiều để giao tiếp với thiết bị ngoại vi .Ngoài ra còn
có:
-
CPU
-
2 bộ định thời 16 bit (Timer 0 và Timer 1)
-
Mạch giao tiếp nối tiếp.
-
Bộ xử lý bit.
-
Hệ thống điều khiển xử lý ngắt.
Page 13
-
Các kênh điều khiển/dữ liệu /địa chỉ.
-
Các thanh ghi chức năng đặc biệt.
Sơ đồ chân tín hiệu 8051/89C51-89C52.
Hình 2.2: Sơ đồ chân tín hiệu 8051/89C51-89C52
Chức năng của các chân tín hiệu như sau :
-
P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0.(chân 32 39).
-
P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1.(chân 1 8).
-
P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2.(chân 21 28).
Page 14
-
P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3.(chân 10÷17).
-
RxD : Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp. (chân 10)
-
TxD : Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.(chân 11)
-
/INT0 : Ngắt ngoài 0.(chân 12)
-
/INT1 : Ngắt ngoài 1.(chân 13)
-
T0 : Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0.(chân 14)
-
T1 : Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1.(chân 15)
-
/Wr : Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài .(chân 16)
-
/Rd : Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài .(chân 17)
-
RST : Chân vào reset , tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2 chu kỳ máy.
(chân 9)
-
XTAL1: Chân vào mạch khuếch đại dao động.(chân 18)
-
XTAL2: Chân ra từ mạch khuếch đại dao động.(chân 19)
-
/PSEN : Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài).(chân
29)
-
ALE(/PROG) : Chân tín hiệu cho phép chốt địu chỉ để truy cập bộ nhớ
ngoài ,khi on –chip xuất ra byte thấp của địa chỉ.Tín hiệu chốt được kích
hoạt ở mức cao ,tần số xung chốt = 1/6 tần số dao động của bộ VDK.Nó có
thể được dùng cho các bộ Timer ngoài hoặc mục đích tạo xung clock.Đây
cũng là chân nhận xung vào để nạp chương trình cho Flash ( hoặc EEPROM)
bên trong On-chip khi nó ở mức thấp.(chân 30)
Page 15
-
/EA/Vpp: Cho phép on –chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /EA =0,
nếu /EA =1 thì on-chip sẽ làm việc với chương trình nội trú (trường hợp cần
truy cập vùng nhớ lớn hơn dung lượng bộ nhớ chương trình nội trú, thì bộ
nhớ chương trình ngoài cũng được sử dụng). Khi chân này được cấp nguồn
12V (Vpp) thì on-chip nhận chức năng nạp chương trình cho Flash bên trong
nó .(chân 31)
-
Vcc: Cung cấp dương nguồn cho on-chip (+5V).(chân 40)
-
GND : Nối mass.(chân 20)
2.1.2. Các thanh ghi chức năng đặc biệt.
Thanh ghi
MSB
Nội Dung
LS
B
IE
EA
-
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
IP
-
-
PT2
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
PSW
CY
AC
FO
RS1
RS0
OV
-
P
TMOD
GATE
C/T
M1
M0
GAT
C/T
M1
M0
E
TCON
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
SCON
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
PCON
SMO
-
-
-
GF1
GF0
PD
IDL
/SS
MOS
MIS
SC
I
O
K
T1
/WR
/RD
D
P1
P3
T2
RXD
T2EX
TXD
/
Page 16
/
T0
INT0 INT1
Thanh ghi IE : Thanh ghi cho phép ngắt.
IE
EA
-
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
*EA :Nếu EA =0, không cho phép bất cứ ngắt nào hoạt động.
*Nếu EA=1, mỗi nguồn ngắt riêng biệt sẽ phụ thuộc và bít cho phép ngắt tương
ứng.
*-: Không dùng, người sử dụng không nên định nghĩa cho Bit này, bởi vì nó có thể
được dùng ở các bộ AT89 trong tương lai.
*ET2: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt bộ Timer 2.
*ES: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt cổng nối tiếp(SPI và UART).
*ET1: Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ Timer 1.
*EX1 : Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 1.
*ET0 : Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt tràn bộ Timer 0.
*EX0 : Bit cho phép hoặc không cho phép ngắt ngoài 0.
Thanh ghi IP: Thanh ghi ưu tiên ngắt.
IP
-
-
PT2
Page 17
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
*- : Không dùng, người sử dụng không nên ghi “1” vào các Bit này.
*PT2: Xác định mức ưu tiên của ngắt Timer 2.
*PS :Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt cổng nối tiếp.
*PT1:Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt Timer 1.
*PX1: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt ngoài 1.
*PT0:Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt Timer 0.
*PX0: Định nghĩa mức ưu tiên của ngắt ngoài 0.
Thanh ghi TCON: Thanh ghi điều khiển bộ Timer/Couter.
TCON
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
*TF1: Cờ tràn Timer 1. Được đặt bởi phần cứng khi bộ timer 1 tràn. Được xóa bởi
phần cứng khi bộ vi xử lý hướng tới chương trình con phục vụ ngắt.
*TR1: Bit điều khiển bộ Timer 1 hoạt động. Được đặt hoặc xóa bởi phần mềm để
điều khiển bộ Timer 1 ON/OFF
*TF0 : Cờ tràn Timer 0 được đặt bởi phần cứng khi bộ timer 0 tràn. Được xóa bởi
phần cứng khi bộ vi xử lý hướng tới chương trình con phục vụ ngắt.
*TR0: Bit điều khiển bộ Timer 0 hoạt động. Được đặt hoặc xóa bởi phần mềm để
điều khiển bộ Timer 0 ON/OFF.
*IE1 : Cờ ngắt ngoài 1. Được đặt bởi phần cứng khi sườn xung của ngắt ngoài 1
được phát hiện. Được ngắt bởi phần cứng khi ngắt được xử lý.
Page 18
*IT1: Bit điều khiển ngắt 1 để tạo ra ngắt ngoài .được đặt xóa bởi phần mềm.
*IE0 : Cờ ngắt ngoài 0. Được đặt bởi phần cứng khi sườn xung của ngắt ngoài 0
được phát hiện. Được ngắt bởi phần cứng khi ngắt được xử lý.
*IT0: Bit điều khiển ngắt 0 để tạo ra ngắt ngoài. Được đặt xóa bởi phần mềm.
Thanh ghi TMOD : Thanh ghi điều khiển kiểu Timer/Counter.
TMOD
GATE
C/T
M1
M0
Dành cho Timer 1
GATE
C/T
M1
M0
Dành cho Timer 0
*GATE: Khi GATE=1 và TRx=1 , bộ Timer/Counter x hoạt động chỉ khi INTx ở
mức cao. Khi GATE=0, bộ Timer/Counterx hoạt động chỉ khi TRx=1.
*C/T : Bit này cho phép chọn chức năng là Timer hay Counter.
- Bit này =0 thì thực hiện chức năng Timer.
- Bit này =1 thì thực hiện chức năng Counter.
Page 19
*M0, M1: Bit chọn Mode, để xác định trạng thái và kiểu Timer/Counter:
M0
M1
Mode
0
0
Chọn kiểu Timer 13bit.THx=8bit,TLx=5bit.
0
1
Chọn kiểu Timer 16bit.THx và TLx dài 16 bit được
ghép tầng
1
0
8 bit auto reload. Các thanh ghi tự động nạp lại mỗi khi
bị tràn.khi Timer bị tràn , 8bit THx được giữ nguyên
giá trị ,còn giá trị nạp lại được đưa vào TLx.
1
1
Kiểu phân chia bộ Timer .TL0 la 1 bộ Timer/Counter
được điều khiển bằng các bit điều khiển bộ Timer
0.TH0 là bộ Timer 8 bit được điều khiển bằng các bit
điều khiển của Timer 1.
Thanh ghi của bộ định thời/bộ đếm.
THx
TLx
Hai bộ đếm/định thời counter/timer 16 bit để định các khoảng thời gian hoặc
để đếm các sự kiện. Các cặp thanh ghi (TH0, TL0) và (TH1, TL1) là các thanh ghi
của bộ đếm thời gian. Bộ định thời 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và 8CH
Page 20
(TH0, byte cao). Bộ định thời 1 có địa chỉ 8BH (TL1, byte thấp) và 8DH (TH1,
byte cao).
Hoạt động của bộ định thời được thiết lập bởi thanh ghi chế độ định thời
TMOD (Timer Mode Register) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được định địa chỉ từng
bit.
2.1.3.Các cổng I/O của 80C51/89C51.
Vi điều khiển 8051/8951 có 4 cổng, mỗi cổng có 8 bit để thực hiện việc
xuất/nhập dữ liệu. Bốn cổng này cho phép người lập trình truy xuất dữ liệu dưới
dạng cả byte hoặc truy cập từng bit riêng rẽ, khi truy xuất cả byte thì nó được ký
hiệu là P0,P1,P2,P3 . Một chú ý là khi khởi động lạo bộ VDK (Reset) thì giá trị của
các cổng đều ở mức logic 1.
-
P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0 (chân 32 39).
-
P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1 (chân 1 8).
-
P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2 (chân 21 28).
-
P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3 (chân 10÷17).
Bình thường P0 dùng làm đầu ra, khi sử dụng P0 vừa làm đầu ra vừa làm đầu vào thì
cần phải sử dụng điện trở kéo lên vì riêng P0 được thiết kế kiểu cực mánh hở.
2.1.4. Khối tạo thời gian và bộ đếm.
Page 21
Hệ vi xử lý on-chip AT89C51 có 2 thanh ghi Timer/Counter dài 16 bit, đó là
timer 0 và timer 1.
Trong on-chip AT89C52 có 3 thanh ghi : Timer 0, Timer 1 và Timer 2. Cả 3 Timer
này đều có thể điều khiển để thực hiện chức năng thời gian hay bộ đếm thông qua
thanh ghi TMOD.
Khi thanh ghi Timer/Counter làm việc ở chế độ Timer, thì sau mỗi chu kỳ máy nội
dung thanh ghi tăng lên 1 đơn vị. Vì vậy thanh ghi này đếm số xung chu kỳ máy.
Một chu kỳ máy có 12 chu kỳ dao động.do đó tốc độ đếm của thanh ghi là 1/12 tần
số dao động.
Khi thanh ghi làm việc ở chế độ Counter, xung nhịp bên ngoài được đưa vào để
đếm ở T0 hoặc T1. Nội dung thanh ghi tăng lên khi có sự chuyển trạng thái từ 1 về
0 tại chân đầu vào ngoài T0 hoặc T1. Xung nhịp ở đầu vào được lấy mẫu tại thời
điểm S5P2 của mỗi chu kỳ máy. Khi quá trình lấy mẫu phát hiện ra mức cao ở 1
chu kỳ và mức thấp ở chu kỳ tiếp theo, thì bộ đếm được tăng lên. Giá trị mới của
bộ đếm xuất hiện trong thanh ghi tại thời điểm S3P1 của chu kỳ máy sau khi sự
chuyển trạng thái đã được phát hiện. Vì vậy để nội dung thanh ghi tăng lên 1 đơn vị
phải mất 2 chu kỳ máy, tốc độ tối đa là 1/24 tần số dao động.
Do xung nhịp bên ngoài có tần số bất kỳ nên các bộ Timer (0 và 1) có 4 chế độ
khác nhau để lựa chọn.
2.2. Các phương pháp đo tốc độ động cơ.
Để đo tốc độ động cơ ta có các phương pháp sau:
- Sử dụng máy phát tốc.
- Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa giải mã.
- Sử dụng máy đo góc tuyệt đối.
Page 22
- Xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato mà không cần
bộ cảm biến tốc độ.
2.2.1. Đo tốc độ sử dụng máy phát tốc
Đo tốc độ động cơ sử dụng máy phát tốc có nhược điểm độ chính xác
thấp,lại đòi hỏi kèm theo bộ chuyển đổi tương tự-số để số hóa tín hiệu đo
nên phương pháp này không được ưa dùng nó dần đi vào dĩ vãng.
2.2.2.Đo tốc độ sử dụng cảm biến quang và đĩa giải mã
Phương pháp sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa giải mã để đo tốc độ động
cơ có các ưa điểm:
- Độ phân giải cao dẫn đến kết quả cực kỳ chính xác.
- Ít nhiễu với sóng điện từ.
2.2.3.Đo tốc độ sử dụng máy đo góc tuyệt đối
Phương pháp sử dụng máy đo góc tuyệt đối có ưa điểm ít bị ảnh
hưởng bởi nhiệt độ,ít nhiễu điện từ tuy nhiên chúng không đạt được độ phân giải
cao như bộ cảm biến quang tốc độ với tín hiệu hình sin.
2.2.4.Đo tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stato
Phương pháp xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và
điện áp stato mà không cần bộ cảm biến tốc độ.
Các phương pháp sử dụng máy phát tốc hoặc bộ cảm biến tốc độ nói trên
có một số nhược điểm là:nó làm cho hệ thống truyền động không đồng nhất do phải
lắp thêm váo trục động cơ các cảm biến,trong moat số trường hợp không thực hiện
được.
Vd : như trong hệ thống truyền động cao tốc hoặc khi động cơ làm việc
trong môi trường độc hại. Phương pháp xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng
điện và điện áp stato mà không cần bộ cảm biến tốc độ khắc phục được các nhược
điểm trên.
Page 23
2.3.Encoder.
2.3.1. Giới thiệu
a. Khái niệm:
Encoder dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay. Đĩa quay có thể là bánh xe,
trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.
b. Phân loại:
+ Encoder tuyệt đối (absolute encoder): sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã
Gray
+ Encoder tương đối (incremental encoder): có tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ
c. Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ.
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên
đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay,
chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn
led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt
thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được
đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy
nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay
được một vòng.
-Ta có công thức đo vận tốc:
Page 24
V = ( Số xung đo được*60 / Độ phân giải)/Thời gian đo (vòng/phút )
Với thực tế trong mạch :
- Độ phân giải : 100 xung/vòng.
-Khoảng thời gian đo xung : 1 s.
- 60 để chuyển sang vòng/phút.
2.3.2. Encoder tuyệt đối (absolute encoder)
Sơ đồ nguyên lý, kết cấu:
Encoder kiểu tuyệt đối, kết cấu gồm các phần sau: bộ phát ánh sáng (LED phát),
đĩa mã hóa (chứa các dải băng mang tín hiệu) và một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh
sáng từ bộ phát (bộ thu thường là photosensor).
Page 25
