Môn vi xử lý cho người mới bắt đầu

Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

Mục lục
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................2
1.1

Tổng quan....................................................................................................................2

1.2. Mục đích yêu cầu:............................................................................................................2
1.3

Phương pháp điều khiển tốc độ.................................................................................2

1.3.1

Các phương pháp điều khiển tốc độ.............................................................2

13.1.1 Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp...............................................................2
1.3.1.2 Điều khiển từ thông:..........................................................................................3
1.3.1.3 Điều khiển điện áp phần ứng:............................................................................3
1.3.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ........................................................4
1.4

Tìm hiểu các linh kiện có trong đề tài.......................................................................5

1.4.1

Vi điều khiển AT89C51..................................................................................5

1.4.1.1 Giới thiệu chung...................................................................................................5
1.4.2

Động cơ một chiều........................................................................................12

1.4.3 Tụ điện...............................................................................................................12
1.4.4 MOSFET IRF 540..............................................................................................13
1.4.5 Mạch mã hóa 74LS148......................................................................................14
1.4.6 IC so sánh LM339..............................................................................................15
1.4.7 Vi mạch MAX232...............................................................................................16
1.4.8 Khối thạch anh...................................................................................................16
1.4.9 Cảm biến hồng ngoại.......................................................................................17
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH.............................................................................................17
2.1

Xây dưng sơ đồ khối.................................................................................................17

2.2

Tạo Xung PWM........................................................................................................19

2.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lý..............................................................................................20
2.3

Xây dựng thuật toán điều khiển tốc độ...................................................................21

2.4

Chương trình.............................................................................................................25

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN......................................................................................................30
3.1
3.2

Nhóm 1

Kết quả đạt được.......................................................................................................30
Hạn chế và phương hướng khắc phục...........................................................30

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY
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:
Với yêu cầu môn học là hiểu được cấu trúc máy tính , tích hợp hệ thống
trên cơ sở máy tính số và rèn luyện tư duy xây dựng phần mềm , nhóm em đã
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 bằng phương pháp PWM.
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

Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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.
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.
1.3.1.3 Điều 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.

Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý

PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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 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.
1.3.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ
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.
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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.
24V

24V

24V

Hình 1.1 Xung PWM
1.4 Tìm hiểu các linh kiện có trong đề tài
1.4.1 Vi điều khiển AT89C51

1.4.1.1 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
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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 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 89C51RD2 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 12MHz đến 33MHz
3 mức khóa bộ nhớ lập trình
3 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 ROM/EEPROM

 Họ vi điều khiển 8 bit
 Bộ nhớ : 64 Kb Flash, 1792 Bytes SRAM
 3 kênh PWM
 6 nguồn ngắt với các mức ưu tiên ngắt
 Giao diện kết nối : SPI, UART
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

 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
AT89C51RD2 có 32 chân có chức năng như các đường xuất nhập. trong đó có
16 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)
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 I/O. 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.

Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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

C/T

M1 M0

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 Chọn chế độ hoạt động T/C
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
TF1

LSB
TR1

TF0

TR

IE1 IT1 IE0 IT0

0
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.
Nhóm 1

Trang …..

Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

 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

LSB

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

T1

R1

- 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 Chọn chế độ hoạt động của port nối tiếp
SM0
0
0
1
1

SM1

CHẾ ĐỘ

MÔ TẢ

0
1

(MODE)
0
1

Thanh ghi dịch
UART 8 bit tốc độ

2

thay đổi
UART 9 bit tốc độ

3

cố định
UART 9 bit tốc độ

0
1

thay 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.
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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 INT0 (P3.2)
Ngắt ngoài 1 : qua chân INT1 (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
EA

LSB
-

(ET2)

ES

ET1

- 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
Nhóm 1

Trang …..

EX1

ET0

EX0


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

+ 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
TF1

LSB
TR1

TF0

TR0

IE1

- 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

Nhóm 1

Trang …..

IT1

IE1

IT0


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

1.4.2 Động cơ một chiều
Các loại động cơ một chiều:
 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
 Động cơ điện một chiều kích từ song song
 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

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.
 Phần quay( roto ).
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 ).

1.4.3 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
Nhóm 1
Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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.
1.4.4 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

Hình 1.2 Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
G : Gate gọi là cực cổng
S : 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.
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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.
1.4.5 Mạch mã hóa 74LS148
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

1.4.6 IC so sánh LM339
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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

1.4.7 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 )

Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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).
1.4.8 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 cho phép truyền thông không có lỗi IBM PC.

Hình 1.4 Bộ dao động tinh thể thạch anh
1.4.9 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
Nhóm 1
Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

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.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH
2.1

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 74LS148 đưa tới đầu
vào của 89C51.
 Khối điều khiển trung tâm: là vi xư lí 89C51RD2, tại đây các tín
hiệu vào sẽ được xử lí và cho tín hiệu đầu ra tương ứng.
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

 Xung PWM : đầu ra của 89C51RD2 , 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).

2.2

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 cyclex=100%
Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

 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 – Ton 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)
2.3 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 là T-on, thời gian
tắt nguồn động cơ là T-off. Việc thay đổi thời gian T-on và T-off 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.

Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Khởi tạo

Giải mã phím ấn

Ngắt tạo xung PWM

Nhóm 1

Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

DELAY 200ms

END

Hình 2.2 Thuật toán điều khiển tốc độ

INT_EX0

Đọc mã phím

Cấp TĐ1

Tỉ lệ xung mức
cao 25%

?
S

Tỉ lệ xung mức
cao 50%

Đ

Cấp TĐ2

?

Đ

Cấp TĐ3
?

Tỉ lệ xung mức
Nhómcao

1 100%

Đ

Cấp TĐ4

Trang? …..
S
Đ

Tỉ lệ xung mức
cao 75%


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

S

RETI
S

Hình 2.3 Sơ đồ thuật toán đọc, giải mã phím

Bắt Đầu

Nạp lại giá trị
timer

bật timer

S

Tyle_xung
PWM <>0

Tăng đếm R7

Đ
DEM < Tyle_xung
PWM

Nhóm 1

Trang …..

S
Tắt động cơ


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

Bật động cơ

Đ
DEM = 100

S

DEM = 0

Đ
RETI

Hình 2.4 Sơ đồ thuật toán tạo xung PWM

DELAY 50MS
DELAY 200MS

Nạp giá trị cho
timer1
Bật timer

Lcall DELAY 50ms
4 lần

Đợi ngắt
RET

Xoá TF1
Tắt timer1

Nhóm 1

Trang …..
RET

Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán tạo trễ

2.3 Chương trình
$NOMOD51
$INCLUDE (8051.MCU)
;PHAN KHAI BAO CAC BIT NGO VAO
;----------------------------------------------------------------------------------------------PWM

BIT

START
BIT
HE THONG

P1.0
p1.1

;BIT DIEU KHIEN ĐỘNG CƠ

;BIT CAM BIEN HONG NGOAI KHOI DONG

;----------------------------------------------------------------------------------------------;PHAN KHAI BAO BIEN XUNG PWM
;----------------------------------------------------------------------------------------------TYLE_XUNGPWM

EQU

31H

;----------------------------------------------------------------------------------------------Nhóm 1
Trang …..


Môn Vi Xử Lý
PHÚ

Thầy ĐỖ DUY

;KHAI BAO CAC VECTOR NGAT
;----------------------------------------------------------------------------------------------ORG 0000H

;Vector reret

LJMP

;Nhảy tới chương trình khởi tạo

SETUP

ORG 000BH

;Vector ngắt tràn TF0

LJMP

;Nhảy tới chương trình ngắt

T0_ISR

ORG 0003H

;Vector ngắt ngoài EX0

LJMP

;Nhảy tới chương trình ngắt

INT_EXO

;----------------------------------------------------------------------------------------------;PHAN 1 CHƯƠNG TRÌNH KHỞI TẠO
;----------------------------------------------------------------------------------------------ORG

0030H

SETUP:
SETB

EA

;Cho phép ngắt toàn cục

SETB

ET0

;Cho phép ngắt tràn timer0

SETB

IE0

;Cờ báo có ngắt ngoài ở chân INTO

SETB

IT0

;Cho phép ngắt ngoài tương ứng
;ngắt theo sườn xuống

CLR

PWM

;Tắt động cơ

MOV TMOD,#11H

;Chọn TIMER1 VA TIMER0 ở
;Chế độ 1

MOV
MOV

TH0,#HIGH(-185)
TL0,#LOW(-185)

MOV

TYLE_XUNGPWM,#0 ;HIGH= 200us/1.085= 185

MOV
SETB

R7,#0
TR0

;PHAN KHOI DONG
Nhóm 1

;TA 11.0592MHZ => 200us x
; 100% = 20000us = 20ms

; Biến đếm xác định ngắt timer
;cho phép timer0 hoạt động
Trang …..