Đồ án môn Vi xử lý: Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước ( Step Motor)

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
 KHOA  ĐI
  ỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 

ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI XỬ LÝ
Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước ( Step Motor)

Giảng viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:

TS. ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 
PHẠM QUANG HẢI ANH 

Mã sinh viên: 

1781410404

Lớp :  

D12TĐH&ĐK2

1


Hà Nội, tháng 10 năm 2020

ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ
Thiết kế mạch điều khiển động độ động cơ bước (step Motor) 
Nhiệm vụ thiết kế:

Điều khiển động cơ theo phương pháp sử dụng độ rộng xung.
Có các phím chức năng tương ứng để Dừng, Quay thuận nửa bước, Quay  
nghịch nửa bước, Tăng tốc và Giảm tốc cho DC bước (02 cấp tốc độ)
Hiển thị các chức năng tương ứng khi chạy và tốc độ động cơ lên màn 
hình LCD.
Yêu cầu:
Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư.
Giới thiệu chung về bộ điều khiển 
Thiết kế phần cứng.
Thiết kế phần mềm.
Kết luận.

2


MỤC LỤC

3


LỜI MỞ ĐẦU
Như  chúng ta đã biết kỹ  thuật vi điều khiển đã trở  nên quen thuộc trong các  
ngành kỹ thuật và trong dân dụng. Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt 
động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều khiển lớn 
và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng.
Vi điều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần 
to lớn vào việc phát triển thông tin. Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi 
điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện phải hết sức quan tâm. Đó chính là một  
nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với mỗi sinh viên, đề tài này được thực hiện chính  
là đáp ứng nhu cầu đó.

Mặc dù vi điều khiển đã đi được những bước dài như  vậy nhưng để  tiếp cận  
được với kỹ thuật này không thể  là một việc có được trong một sớm một chiều. Để 
tìm hiểu bộ vi điều khiển một cách khoa học và mang lại hiệu quả cao làm nền tảng 
cho việc xâm nhập vào những hệ thống tối tân hơn. Việc trang bị những kiến thức về 
vi điều khiển cho sinh viên là hết sức cần thiết. Xuất phát từ  thực tiển này em đã đi 
đến quyết định  Thiết kế  mạch điều khiển động độ  động cơ  bước (Step Motor) 
nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi của bản thân và giúp cho các bạn sinh viên 

4


dễ tiếp cận và hiểu sâu hơn về vi điều khiển họ 8051
Tuy nhiên vì thời gian có hạn và kiến thức chuyên môn còn hạn chế  nên trong  
quá trình thực hiện đồ án không thể tránh những thiếu sót nhất định. Vì vậy, chúng em  
rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của thầy cô cùng tất cả  các bạn để  đồ  án này  
được hoàn thiện hơn.
Chúng em chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
                                                                                            Nhóm Sinh Viên

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin được gửi lời cảm ơn đến  cô Đoàn Thị Hương Giang. 
Cô đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình chúng em nghiên cứu và hoàn thành tốt đồ án này. 
Những lời nhận xét góp ý và hướng dẫn của thầy đã giúp chúng em có định hướng  
đúng đắn trong quá trình thực hiện đồ án, giúp chúng em nhìn ra được ưu khuyết điểm  
của đồ án và từng bước khắc phục để  có được kết quả  tốt nhất. Chúng em cũng xin 
cảm ơn thầy cô trong khoa Điều Khiển và Tự Động Hóa, bộ môn Vi Xử Lý trong Đo 
Lường Điều Khiển tận tình chỉ  bảo, truyền đạt cho chúng em các kiến thức chuyên  
ngành, những công nghệ  mới cũng như  cách làm việc nhóm đề  hoàn thành tốt đồ  án 
môn học này.

Hà Nội, tháng 08 năm 2020

5


Đánh giá và nhận xét của GV hướng dẫn
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
6


..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THỰC HIỆN

Đặt vấn đề

I.

1. Vai trò của động cơ điện trong sản xuất

Hiện nay trong rất nhiều lĩnh vực đời sống và sản xuất các loại động cơ  điện  
ngày càng được  ứng dụng rộng rãi hơn so với những loại động cơ  sử  dụng năng  
lượng như xăng, dầu khí, khi đốt…
Động cơ  điện là máy điện dùng để  chuyển đổi năng lượng điện sang năng  
lượng cơ.
Động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng 
trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay  

7


DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt 
động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện.
Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc  
biệt trong các đầu máy xe lửa.Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng 
trong các  ổ  cứng,  ổ  quang, chúng là các động cơ  bước rất nhỏ. Sở  dĩ, động cơ  điện 
được đánh giá cao và ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực hiện nay là bởi nguyên  
tắc hoạt động vô cùng thông minh của nó.
Động cơ  điện bao gồm 2 bộ  phận chính được gọi là rotor và stator. Khi cuộn  
dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, các từ  trường sẽ  được tạo ra xung 
quanh và tạo ra sự  chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen. Đa số  các 
động cơ điện đều hoạt động theo nguyên lý điện từ. Các động cơ điện từ
Dựa vào nguyên lí hoạt động là có một lực cơ  học trên một cuộn dây có dòng 
điện chạy qua nằm trong một từ trường. Nhờ  đó mà động cơ  có thể  hoạt động liên  

tục, bền bỉ và tiết kiệm năng lượng.
2. Vai trò của động cơ điện một bước trong sản xuất
a. Ưu điểm 
­

Có thế điều khiển mạch hở.

­

Duy trì mô men rất tốt (không cần phanh, biến tốc).

­

Giá thành rẻ 

­

Mômen xoắn cao ở tốc độ thấp.

­

Chi phí bảo dưỡng thấp (không có chổi quét) 

­

Định vị chính xác

b. Nhược điểm

8

­

Động cơ làm việc không đểu, đặc biệt là ỏ tốc độ thấp (điều khiển đầy bước).

­

Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải.

­

Kích cỡ hạn chế.

­

Làm việc ồn.


­

Mô men giảm theo tốc độ.

­

Không có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số.

3. Các phương pháp điều khiển được sử dụng động cơ bước

Động cơ bước có thể được điều khiển bởi nhiều cách khác nhau từ những thiết  
bị thô sơ nhất như nút bấm, mạch điện­điện tử tuy cách sử dụng vận hành các thiết bị 

này đơn giản nhưng đòi hỏi người vận hành phải có mặt trực tiếp tại hiện trường để 
sử dụng thiết bị điều khiển.
Ngày nay, công nghệ kỹ thuật điện­điện tử, công nghệ thông tin phát triển, giải 
pháp tự động hóa trong điều khiển ngày càng được áp dụng rộng rãi trong đời sống ,  
sản xuất. Việc sử dụng tự động hóa trong điều khiển đáp ứng được việc có thể  điều  
khiển thiết bị khác ở mọi lúc mọi nơi mà không cần có mặt tại hiện trường, tiết kiệm  
được thời gian, công sức cho người sử dụng.
 Vì vậy, để đáp ứng yêu cầu đề tài chúng em tập trung vào những vấn đề sau:
­

Tìm hiểu, lựa chọn động cơ một chiều.

­

Tìm hiểu, lựa chọn các linh kiện, thiết bị trong hệ thống điều khiển như: LCD  
16x2, module ULN2003, , các loại nút bấm, điện trở, tụ điện…

Thiết kế một hệ thống điều khiển động cơ  bước sử dụng vi điều khiển theo yêu 
cầu công nghệ của đề tài.
4. Lựa chọn thiết bị
a. Động cơ bước

Đề tài yêu cầu đối tượng điều khiển là động cơ bước, để phù hợp với yêu cầu 
của đề tài và quá trình tìm hiểu, thiết kế, vậy nên chúng em chọn động cơ bước 
28BYJ­48:
­

Điện áp cung cấp: 5VDC.

­

Số phase: 4.
Động cơ bước chúng em đang sử dụng có 4 cực và cơ cấu giảm tốc để tăng 

momen xoắn. Góc bước của động cơ là 5,64 °. Nhưng khi xét giảm tốc, góc bước của 

9


trục đầu ra là 5,64°/64°. 
b. Module ULN2003

Để  điều khiển động cơ  bưóc, chúng em sử  dụng module  ULN2003. Dựa vào 
các thông số của động cơ bước, chọn module ULN2003 có thông số như sau:
­

Điện áp đầu vào: 5 ~ 12 VDC

­

Tín hiệu ngõ vào: 4 chân in1, in2, in3, in4.

­

Tín hiệu ngõ ra: Jack cắm động cơ bước 28BYJ­48.

­

4 led hiển thị trạng thái hoạt động của động cơ.

c. Vi điều khiển

Đối với vi điều khiển , chúng em sử dụng vi điều khiển AT89C52 thuộc họ vi 
điều khiển MCS51 :
­

Điện áp hoạt động: 4V ­ 5.5V

­

Dòng điện nuôi vi điều khiển: 25mA

­

Dòng đầu ra của các Port cỡ 15mA

d. Nút bấm

Để  điều khiển chọn chế  độ  chạy cho động cơ, chúng em sử  dụng nút bấm 
vuông cỡ 6x6x5mm có thông số như sau:
­

Nút nhấn chịu điện áp định mức: AC 250V

­

Tải định mức : DC 12V 50mA

­

Trở kháng định mức khi tắt (OFF): ≥100MΩ

­

Trở kháng định mức khi mở (ON): ≤0.03Ω

e. Thạch anh 

Thạch anh sử dụng là loại 12Mhz 49S có thông số như sau:

10

­

Tần số: 12MHz

­

Dung sai tần số: ±20ppm

­

ESR (Equivalent series resistance): 30 Ohm

­

Nhiệt độ hoạt động: ­20oC ~ 70oC


 Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật

II.

Thiết kế  một mạch điều khiển động cơ  DC 5V với các yêu cầu quay thuận,  
quay ngược, và dừng hẳn.
Thực hiện thao tác điều chỉnh các chức năng trên thông qua các nút ấn bao gồm 
5 phím bấm điều chỉnh quay thuận nửa bước, quay nghịch nửa bước 2 cấp độ  ( tăng 
và giảm ), dừng cấp độ quay. Thông qua các nút ấn cho phép ta có thể điều chỉnh động 
cơ làm việc như mong muốn.
Hệ  thống cho phép hiển thị  quá trình làm việc có thể  sử  dụng LCD để  thông 
báo trạng thái của động cơ.
Thông qua đề tài, làm quen với cách thức, nguyên lý điều khiển đối tượng động 
cơ bước.

11

­

Tìm hiểu thực tế các linh kiện, các IC

­

Viết chương trình cho vi điều khiển thực hiện thành công theo yêu cầu đề ra.

­

Tìm hiểu các hướng phát triển của đề tài, nâng cao chất lượng của hệ thống.

­

Chi phí cho hệ thống không quá cao, phù hợp với yêu cầu kinh tế.


CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC NHÓM THIẾT BỊ 
TRONG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

I.

Đặc điểm của động cơ bước

1. Khái niệm chung
Động cơ bước là loại động cơ  điện được dùng để  biến đổi các lệnh cho dưới  
dạng xung điện thành sự dịch chuyển dút khoát về góc quay hay đường thẳng –như là  
bước từng bước mà không cần cảm biến phản hồi. 
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa, chúng được ứng  
dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ : điều khiển robot, điều khiển 
tiêu cự  trong các thiết bị  gia công cắt gọt, điều khiển lập trính trong các thiết bị  gia  
công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay….
Trong công nghệ máy tính động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa, máy 
in,…
 

Hình 2.1: Động cơ bước
Với nhiệm vụ và chức năng nói trên, động cơ bước đòi hỏi những yêu cầu riêng 
về kĩ thuật , ngoài những yêu cầu chung

12


­

Có bước dịch chuyển bé

­

Moment đồng bộ hóa đủ lớn đảm bảo được sai số góc nhỏ nhất khi thực hiện 
bước di chuyển

­

Không tích lũy sai số khi tăng bước

­

Tác động nhanh

­

Làm việc đảm bảo khi có cuộn dây điều khiển ít nhất

­

Động cơ và cả bộ điều khiển đổi chiều có cấu tạo đơn giản
Tùy theo cấu tạo động cơ bước có những loại như:

­

Chỉ thị hay động lực 

­

Thuận nghịch hay không thuận nghịch

­

Có một stato hay nhiều stato

­

Có một hay nhiều cuộn dây điều khiển

­

Roto phản kháng và roto tác dụng

2. Cấu tạo
Gồm   có   2   phần   chinh:   phần   quay   (Rotor)   và   được   bao   quanh   là   phần   tĩnh  
(Stator)

Hình 2.2: Cấu tạo động cơ bước

13


a. Stator

          Hai bộ phận chính của Stator là lõi thép (mạch từ) và dây quấn:
­

Lõi thép làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dập theo khuôn rồi ghép lại dạng 

hình trụ rỗng, mặt trong có phay rãnh. Trong rãnh là dây quấn máy điện có thể 
là dây quấn 2 pha, 3 pha. Phía ngoài Stator có vỏ bằng nhôm hoặc hợp kim của 
nhôm, hai đầu Stator có 2 nắp làm cùng vật liệu với vỏ và bắt chặt với vỏ. Trên  
nắp máy có lắp ổ trục để đỡ trục quay của Rotor

­

Dây quấn Stator của động cơ  bước nam châm vĩnh cửu là loại dây điện từ, có  
tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật. Dây quấn Stator được chia thành nhiều 
pha dây quấn, mỗi pha có một tổ bối dây, mỗi tổ bối dây có W số vòng dây và  
được lồng vào cực từ của Stator.

b. Rotor

Rotor của động cơ bước có cấu tạo thường không có răng cực từ, được từ hóa vĩnh 
cửu vuông góc với trục và được lồng vào phía trong của Stator. Cực từ  của Rotor  
thường là 2 hoặc 6 cực từ (N – S) xen kẽ nhau.
3. Nguyên lý hoạt động và các chế độ hoạt động
a.  Nguyên lý hoạt động
       Khác với động cơ  đồng bộ  bình thường, rotor của động cơ  bước không có cuộn  
dây khởi động mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số. Rotor của động cơ 
bước có thể  kích thích (rotor tích cực) hoặc không được kích thích (rotor thụ  động). 
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên  
có độ  chính xác rất cao về  mặt  điều khiển. Động cơ  bước làm việc nhờ  các bộ 
chuyển mạch điện tử đưa các tính hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số 
nhất định. Tổng số góc quay của rotor tương  ứng với số lần chuyển mạch, cũng như 
chiều quay và tốc độ của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
II.

Các chế độ hoạt động

Chế độ full step

14


Động cơ  bước tiêu chuẩn có rotor 200 răng, hoặc 200 full step cho mỗi trục xoay  
của động cơ. Chia 200 bước cho 360 sẽ được một góc full step 1,8. Thông thường, chế 
độ  full step được thực hiện bằng cách tiếp điện theo thứ  tự  liên tiếp theo số  chẵn  
cuộn dây hoặc số lẻ cuộn dây, trong khi duy trì dòng thay đổi. Về cơ bản mỗi đầu vào  
từ trình điều khiển tương đương một bước.
Chế độ half step 
Half step đơn giản chỉ có nghĩa là động cơ quay ở 400 bước mỗi vòng. Trong chế 
độ  này, một trong những cuộn dây được tiếp điện và sau đó hai cuộn dây được tiếp  
điện thay phiên (đây được cấp điện theo thứ  tự  số  lẻ  cuộn dây rồi tới số  chẵn cuộn  
dây hoặc ngược lại), làm trục quay ở nửa khoảng cách hoặc 0,9.

III. Tổng quan về họ vi điều khiển 8051
IV.

Tóm tắt lịch sử 8051
Vào năm 1981. Hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là 8051.  

Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chíp, hai bộ định thời, một  
cổng nối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 bit) vào ra tất cả được đặt trên một chíp. Lúc ấy 
nó được coi là một “hệ thống trên chíp”. 8051 là một bộ xử lý 8 bit có nghĩa là CPU chỉ 
có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra 
thành các dữ liệu 8 bit để cho xử lý. 8051 có tất cả 4 cổng vào ­ ra I/O mỗi cổng rộng  
8 bit. Mặc dù 8051 có thể có một ROM trên chíp cực đại là 64 K byte, nhưng các nhà  
sản xuất lúc đó đã cho xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp. Điều này sẽ được  
bàn chi tiết hơn sau này.

8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất 
và bán bất kỳ dạng biến thế  nào của 8051 mà họ  thích với điều kiện họ  phải để  mã  
lại tương thích với 8051. Điều này dẫn đến sự  ra đời nhiều phiên bản của 8051 với  
các tốc độ  khác nhau và dung lượng ROM trên chíp khác nhau được bán bởi hơn nửa  
các nhà sản xuất.   Điều này quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể  khác nhau của  
8051 về  tốc độ  và dung lương nhớ  ROM trên chíp, nhưng tất cả  chúng đều tương  

15


thích với 8051 ban đầu về các lệnh. Điều này có nghĩa là nếu ta viết chương trình của  
mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà  
không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào.
V.

Bộ vi điều khiển 8051

Đặc tính
ROM trên chíp
RAM
Bộ định thời
Các chân vào – ra
Cổng nối tiếp
Nguồn ngắt

Số lượng
4K byte
128byte
2
32

1
6
Bảng 2.1: Các đặc tính của 8051

VI.

16

Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051

­

Interrupt control : Điều khiển ngắt. 

­

Other registers : Các thanh ghi khác. 

­

128 Byte RAM : RAM 128 Byte. 

­

Timer 2, 1 , 0 : Bộđịnh thời 2 , 1 , 0 

­

CPU : Đơn vịđiều khiển trung tâm. 

­

Oscillator : Mạch dao động.  

­

Bus control: Điều khiển Bus

­

I/O  ports: Các ports vào/ ra 

­

Serial port: port nối tiếp

­

Address/data : địa chỉ/ dữ liệu


Hình 2.3: Bố trí bên trong của sơ đồ khối 8051 

VII. Tổng quan về vi điều khiển AT89C52
1. Vi điều khiển AT89C52
AT89C52 là   họ   IC   vi   điều   khiển   do   hãng   Atmel   sản   xuất.   Các   sản 
phẩm AT89C52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và 
các toán số  học  ở  cấu trúc dữ  liệu nhỏ  được thực hiện bằng nhiều chế  độ truy 
xuất dữ  liệu nhanh trên RAM nội. Nó cung cấp những hổ  trợ  mở  rộng trên chip 
dùng cho những biến một bit như  là kiểu dữ  liệu riêng biệt cho phép quản lý và 

kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển.

17


Hình 2.4 : Vi điều khiển AT89C52
2. Đặc tính của AT89C52
Chíp   AT89C51   chứa   trên   60000   Transistor   bao   gồm   4Kbyte   ROM,   128Byte  
RAM, 32 đường xuất nhập, 1 Port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit. Một số lượng  
mạch đáng chú ý trong IC đơn. Các thành viên mới được thêm vào cho họ MCS­51 
và các biến thể  này gần như  có gấp đôi các đặc trưng này. Tập đoàn Seimens,  
nguồn sản xuất thứ  hai các bộ  vi điều khiển thuộc họ  MCS­50 cung cấp Chíp 
SAB80515, một cải tiến của 8051 chứa trong một vỏ 68 chân, có 6 Port xuất nhập  
8­bit, 13 nguồn tạo ra ngắt và một bộ  biến đổi A/D 8­bit với 8 kênh ngõ vào. Họ 
8051 là một trong những bộ  vi điều khiển 8­bit mạnh và linh hoạt nhất, đã trở 
thành bộ vi điều khiển hàng đầu trong những năm gần đây.

18

­

Cụ thể vi điều khiển AT89C51 là 1 IC có tích hợp trên đó hệ vi xử lí.

­

 IC AT98C51 có 40 chân. 

­

4KB ROM trong và có thể ghi xoá được 1000 lần. 

­

Dải tần số hoạt động từ 0MHz → 24MHz.

­

128x8 bit RAM trong. 


­

4 Cổng vào ra 8 bit. 

­

2 Bộ định thời 16 bit.

­

Có 6 nguyên nhân ngắt. 

­

Có thể lập trình được qua cổng nối tiếp.

­

210 bit được địa chỉ hoá. 

­

Giao tiếp nối tiếp.
3. Sơ đồ chân và chức năng các chân của AT89C52

Hình 2.5: Sơ đồ chân của AT89C52

­

PORT 0 : Nằm trên các chân từ 32 đến 39 có 2 công dụng. Trong các thiết kế có 
tối thiểu thành phần thì Port 0 được sử  dụng làm nhiệm vụxuất/nhập. Trong 
các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành Bus địa chỉ và Bus dữ liệu 
đa hợp..

­

PORT 1 : Nằm trên các chân 1 đến 8, chỉ có một cộng dụng là đểgao tiếp với  
thiết bị ngoài khi có yêu cầu. 

19


­

PORT 2 : Nằm trên các chân 21 đến 28 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 
nhiều hơn 256Byte bộ nhớ dữ liệu ngoài. 

­

PORT 3 : Nằm trên các chân 10 đến 17 có 2 công dụng. một là chức năng 
xuất/nhập bình thường còn khi không hoạt động xuất nhập các chân của PORT 
3 có nhiều chức năng riêng Cụ thể các chức năng của các chân ở  PORT 3 như 
sau :

Bit
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7

Tên
RxD
TxD
INT 0
INT 1
T 0
T 1
WR
RD

Địa Chỉ Bit
B0H
B1H
B2H
B3H

B4H
B5H
B6H
B7H

Chức năng
Nhận dữ liệu của Port nối tiếp
Phát dữ liệu của Port nối tiếp
Ngõ vào ngắt ngoài 0
Ngõ vào ngắt ngoài 1
Ngõ vào của bộ định thời/ đếm 0
Ngõ vào của bộ định thời/ đếm 1
Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2.2: Các chức năng của PORT 3
­

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN  
8051 Cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển BUS. Tín hiệu cho phép bộ  nhớ 

chương trình PSEN   (Program Store Enable) là tín hiệu xuất trên chân 29. Đây là tín  
hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ  nhớ  chương trình ngoài. Chân này thường  
được nối với chân cho phép xuất OE ( Output Enable) của EPROM hoặc ROM để cho 
phép đọc các Byte lệnh. 
Tín hiệu PSEN    ở  mức Logic 0 trong suất thời gian tìm nạp lệnh, các mã nhị 
phân của chương trình hay mã thao tác (Opcode) được đọc từEPROM qua BUS dữ liệu  
và được chốt vào thanh ghi IR của 8051 để được giải mã. 
Khi thực thi một chương trình chứa  ở  ROM nội PSEN   được duy trì  ở  mức 
Logic tích cực 1.

­
20

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE. 


Chân này nằm trên chân 30 của 8051 là chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ 
ALE (Address Latch Enable) để  giải đa hợp. Bus dữ  liệu và Bus địa chỉ. Khi Port 0  
được sử dụng làm Bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp chân ALE xuất tín hiệu để  chốt địa chỉ 
( Byte thấp của địa chỉ  16bit) vào một thanh ghi ngoài trong suốt 1/2 đầu chu kỳ  bộ 
nhớ. Sau khi điều này đã được thực hiện các chân của Port 0 sẽ xuất nhập dữ liệu hợp  
lệ trong suốt 1/2 thứ2 của chu kỳ bộ nhớ. 
Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong vi điều 
khiển và có thể được dùng làm xung Clock cho phần còn lại của hệthống. Nếu mạch 
dao động có tần số 12MHz, tín hiệu ALE có tần số2MHz. Ngoại lệ duy nhất là trong  
thời gian thực thi lệnh MOVX, một xung ALE sẽ bị bỏ qua. Chân ALE còn được dùng  
để nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM trên CHIP đối với các phiên bản của 8051  
có EPROM này.
­

Chân truy xuất ngoài EA. 
Ngõ vào này  ở  chân 31 có thểđược nối với nguồn +5V (Logic 1) hoặc GND 

(Logic 0). Nếu chân này nối lên 5V , 8051/8052 thực thi chương trình trong ROM 
nội( chương trình nhỏ hơn 4K/8K). Nếu chân này nối với GND ( và chân PSEN cũng ở 
mức Logic 0), chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. Đối với 8031/8032 chân 
EA phải ở mức Logic 0 vì chúng không có bộ nhớ chương trình trên CHIP. Nếu chân  
EA ở mức Logic 0 đối với 8051/8052, ROM nội bên trong CHIP được vô hiệu hoá và  
chương trình cần thực thi chứa ở EPROM bên ngoài. 
Các phiên bản EPROM của 8051 còn sử dụng chân EA làm chân nhận điện áp  

cấp nguồn 21VPP cho việc lập trình EPROM nội ( Nạp EPROM). 
­

Chân RESET ( RST). 
Ngõ vào RST  ở  chân 9 là ngõ vào xoá chính (Master reset) của 8051 dùng để 

thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ  thống hay còn gọi tắt là Reset hệ  thống. Khi 
ngõ vào này được treo ở mức Logic 1 tối thiểu hai chu kỳ máy , các thanh ghi bên trong  
của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.

21


­

Các chân thạch anh XTAL 1 và XTAL 2.
Nằm trên chân 18 và 19 của  CHIP, 2 chân này được dùng để nối với thạch anh  

ngoài nhằm tái tạo dao động và xác định tần số  làm việc cho mạch dao động  ở  bên  
trong CHIP. Kết hợp với thạch anh có thêm 2 tụ gốm để ổn định tần số dao động. Tần  
số danh định của thạch anh là 12MHz cho hầu hết các CHIP của họ MCS – 51.

I.

Hệ thống nút bấm
Điều khiển ngoài: Để điều khiển chiều quay  và các chế  độ  của động cơ 
bước, ở đây chúng em sử dụng phím bấm như sau:

Hình 2.6: Sơ đồ phím nhấn trên phần mềm

Các phím bấm sử dụng có 
Phím B1: chế độ Quay thuận nửa bước 
Phím B2: chế độ Quay nghịch nửa bước, 
Phím B3: phím Tăng tốc cho động cơ bước
Phím B4: phím Giảm tốc cho động cơ  bước 
22


Phím B5 : phím Dừng động cơ bước 
­

Thông qua các nút ấn cho phép ta có thể điều chỉnh động cơ làm việc như mong 
muốn.

­

Hệ thống cho phép hiển thị quá trình làm việc có thể sử dụng LCD để thông 
báo trạng thái quay thuận, quay ngược, dừng.

­

Thông qua đề tài, làm quen với cách thức, nguyên lý điều khiển đối tượng động 
cơ bước.

­

Tìm hiểu thực tế các linh kiện, các IC

­

Viết chương trình cho vi điều khiển thực hiện thành công theo yêu cầu đề ra.

­

Tìm hiểu các hướng phát triển của đề tài, nâng cao chất lượng của hệ thống.

­

Chi phí cho hệ thống không quá cao, phù hợp với yêu cầu kinh tế.

II.

Tìm hiểu về LCD
Ngày nay thiết bị hiển thị LCD ( Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất 

nhiều các  ứng dụng của vi điều khiển. LCD có rất nhiều  ưu điểm so với các dạng 
hiển thị  khác: Nó có khả  năng hiển thị  kí tự  đa dạng, trực quan (chữ, số  và kí tự  đồ 
họa), dễ dàng đưa vào mạch  ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn 
rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.

23


Hình 2.7 : Hình dáng LCD
Chức năng của các chân:

­

Mô tả
Chân

Kí hiệu
Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND 
của mạch điều khiển
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế  mạch ta nối chân này với 

1

VSS

2

VDD VCC=5V của mạch

3

Vee

điều khiển
Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD.
Chân chọn  thanh ghi  (Register select).  Nối  chân RS với  logic  “0”  
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0­DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở 

4

RS

chế độ  “ghi” ­ write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ  của LCD (ở  chế 
độ “đọc” ­ read)

+ Logic “1”: Bus DB0­DB7 sẽ  nối với thanh ghi dữ  liệu DR bên  
trong LCD.
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0”  

24


5

R/W

để LCD hoạt
động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0­
DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân  
E.
+  Ở   chế   độ  ghi: Dữ   liệu  ở  bus  sẽ   được  LCD  chuyển vào(chấp 

6

E

nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high­to­low  
transition) của tín hiệu chân E.
+  Ở  chế  độ  đọc: Dữ  liệu sẽ  được LCD xuất ra DB0­DB7 khi phát 
hiện cạnh lên (low­ to­high transition)  ở chân E và được LCD giữ ở 
bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có  
2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

DB0­  + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB  
7­14

DB7

là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, 
bit MSB là DB7 Chi tiết sử  dụng 2 giao thức này được đề  cập  ở 

25

15

phần sau.
Nguồn dương cho đèn nền

16

GND cho đèn nền