MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .2 Chương 1: PHÂN TÍCH BÀI TỐN 1.1 Yêu cầu toán 1.2 Giải pháp thiết kế .3 1.2.1 Sơ đồ khối 1.2.2 Phân tích chức nhiệm vụ khối 1.2.3 Nguyên lý hoạt động toàn mạch 1.3 Linh kiện sử dụng 1.3.1 Bộ vi điều khiển 89S52 .4 1.3.2 Động bước 1.3.3 LCD 16x2 10 1.3.5 Điện Trở 13 1.3.6 Nút bấm .13 1.3.7 Tụ điện 13 Chương 2: THIẾT KẾ VÀ THỰC THI 15 2.1 Thiết kế phần cứng 15 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 15 2.1.2.Lưu đồ thuật toán .16 2.1.2 Sơ đồ mạch in 18 2.2.2 Mã nguồn chương trình .18 2.3 Một số hình ảnh sản phẩm .26 KẾT LUẬN .28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 30 LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển ngày mạnh mẽ rộng lớn khoa học kỹ thuật Các công nghệ thuộc lĩnh vực khác nhờ đời để đáp ứng nhu cầu xã hội, số phải kể đến kỹ thuật vi điều khiển Hiện kỹ thuật vi điều khiển lĩnh vực mẻ đưa vào giảng dạy rộng rãi trường đại học cao đẳng nước Tại trường đại học công nghệ thông tin truyền thông thái nguyên giảng dạy dẫn nhiệt tình thầy mang lại cho sinh viên nhiều hiểu biết vi điều khiển ứng dụng vi điều khiển đời sống Trên tinh thần học đôi với hành, học gắn liền với lao động , sản xuất đời sống, nhóm sinh viên chúng em tìm hiểu ứng dụng vi điều khiển việc điều khiển động bước thị led Với hướng dẫn dạy nhiệt tình thầy Nguyễn Thế Dũng chúng em tiến hành thiết kế chế tạo mạch “ Điều khiển động bước thị thông số lên LCD 16x2 dùng vi điều khiển AT89S52 “ Phần thiết kế bao gồm: sơ đồ mạch lắp ráp, thuật tốn, viết chương trình điều khiển cho vi xử lý Mặc dù chúng em cố gắng nhiều để hoàn thành đề tài này, xong giới hạn thời gian kiến thức nên nội dung nhiều thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn Chương 1: PHÂN TÍCH BÀI TỐN 1.1 u cầu tốn Mục tiêu thiết kế mạch điều khiển động bước có sử dụng nút nhấn để thay đổi tốc độ quay, chiều quay thuận ngược hiển thị số vòng quay lên LCD 16x2 Gồm có nút nhấn điều khiển: START, STOP, TĂNG TỐC, GIẢM TỐC, QUAY THUẬN, QUAY NGƯỢC 1.2 Giải pháp thiết kế Mạch điều khiển động bước sử dụng vi điều khiển 89S52, có khả nạp onboard Động bước 5V Khối hiển thị dùng LCD 16x2 hiển thị dòng, dòng 16 ký tự 1.2.1 Sơ đồ khối NGUỒN ĐỘNG CƠ PHÍM ẤN HIỂN THỊ LCD ĐK VĐK 89C51 ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ NGUỒN 12V Hình 1.1 Sơ đồ khối chức mạch 1.2.2 Phân tích chức nhiệm vụ khối Khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho toàn mạch Cung cấp nguồn 5V cho vi điều khiển khối hiển thị Cấp nguồn 12V cho khối cồng suất khối động Khối thị: nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển hiển thị số vòng quay, tốc độ quay, chiều quay, bước quay động bước Khối vi điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển hoạt động toàn mạch Nhận biết lệnh điều khiển từ nút bấm, từ đưa xung điện áp tương ứng để điều khiển khối công suất khối thị Cho người điều khiển biết mạch hoạt động trạng thái hoạt động mạch Việc hệ thống hoạt động có nhịp nhàng hay khơng, tốt hay không, tốt hay không tốt phụ thuộc nhiều vào khối vi điều khiển Khối công suất: khuếch đại tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển cách ly đưa tới động Khối động cơ: nhận tín hiệu điều khiển thực lệnh người lập trình sẵn 1.2.3 Nguyên lý hoạt động toàn mạch Mạch hoạt động dựa nguyên tắc quét cuộn dây động bước Khi cuộn dây cấp điện động quay góc 90 qua giảm tốc trục ngồi quay đc góc 7,5 từ 48 vòng quay động làm trục ngồi động quay vòng hồn chỉnh xác Khi có tác động khối nút nhấn, vi xử lý nhận tín hiệu nút nhấn điều khiển liệu xuất chân từ P1.0 đến P1.3 để điều khiển động bước Do yêu cầu động dòng điện cao nên ta dùng thêm IC đệm dòng UNL2003 để đảm bảo động cấp đủ dòng q trình hoạt động, đồng thời tránh tượng treo vi điều khiển xung nhiễu gây từ cuộn dây động tác động ngược lại vi điều khiển 1.3 Linh kiện sử dụng 1.3.1 Bộ vi điều khiển 89S52 a Sơ lược vi điều khiển 89S52 AT89S52 họ IC vi điều khiển hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89S52 thích hợp cho ứng dụng điều khiển Việc xử lý byte cáctoán số học cấu trúc liệu nhỏ thực nhiều chế độ truy xuất dữliệu nhanh RAM nội Tập lệnh cung cấp bảng tiện dụng lệnhsố học bit gồm lệnh nhân lệnh chia Nó cung cấp hổ trợ mở rộngtrên chip dùng cho biến bit kiểu liệu riêng biệt cho phép quảnlý kiểm tra bit trực tiếp hệ thống điều khiển AT89S52 cung cấp đặc tính chuẩn như: KByte nhớ đọc cóthể xóa lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, 3TIMER/COUNTER 16 Bit, vectơ ngắt có cấu trúc mức ngắt, Port nối tiếpbán song công, mạch dao động tạo xung Clock dao động ON-CHIP.Các đặc điểm chip AT89S52 tóm tắt sau: • KByte nhớ lập trình nhanh, có khả tới 1000 chu kỳ ghi/xố • Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz • mức khóa nhớ lập trình • Timer/counter 16 Bit • 128 Byte RAM nội • Port xuất /nhập I/O bit • Giao tiếp nối tiếp • 64 KB vùng nhớ mã ngồi • 64 KB vùng nhớ liệu ngoại • 4µs cho hoạt động nhân chia Hình 1.2 Hình ảnh thực tế 89S52 Cấu tạo bên IC 89S52 Hình 1.3 Sơ đồ khối vi điều khiển 89S52 VĐK 8052 tín hiệu vào/EA chân 31 thường mức cao (+5V) mức thấp (GND) Nếu mức cao 8952 thi hành chương trình từ ROM nội khoảng địa thấp (4K 8K 8052) Nếu mức thấp chương trình thi hành từ nhớ mở rộng (tối đa đến 64K) Ta thấy rẳng, số 40 chân 8052, có 32 chân có cơng dụng nhập/ xuất liệu, nhiên 24 32 đường có mục đích, 32 chân hình thành port 8-bit Với thiết kế yêu cầu mức tối thiểu nhớ thành phần bên khác, ta sử dụng port làm nhiệm vụ nhập/ xuất đường cho port xử lí đơn vị giao tiếp với thiếp bị song song máy in, biến đổi D-A….hoặc đường hoạt động độc lập giao tiếp với thiết bị đơn bit chuyển mạch, LED, BJT, FET, cuộn dây, động cơ, loa… Hình 1.4 Các chân vi điều khiển 8052  Các cổng xuất/ nhập Bốn cổng P0, P1, P2 P3 sử dụng chân tạo thành cổng bít Tất cổng Reset cấu đầu ra, sẵn sàng để sử dụng cổng đầu Muốn sử dụng cổng số cổng làm đầu vào phải lập trình - Port P0: Cổng P0 chiếm tất chân (từ chân 32 đến 39) Nó dùng cổng đầu ra, để sử dụng chân cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào chân phải nối tới điện trở kéo bên 10kW Với điện trở kéo nối Reset cổng P0 cấu cổng đầu Điều thực tế cổng P0 máng mở khác với cổng P1, P2 P3 Khái niệm máng mở sử dụng chíp MOS chừng mực giống collector hở chíp TTL - Port P1: Cổng P1 chiếm tất chân (từ chân đến chân 8) Nó sử dụng đầu vào đầu So với cổng P0 cổng khơng cần đến điện trở kéo có điện trở kéo bên Trong q trình Reset cổng P1 cấu cổng đầu Cổng P1 đầu vào: Tương tự P0, để biến cổng P1 thành đầu vào phải lập trình cách ghi đến tất bit - Port P2: Cổng P2 chiếm chân (các chân từ 21 đến 28) Nó sử dụng đầu vào đầu ra, khơng cần điện trở kéo Khi Reset, cổng P2 cấu cổng đầu Cổng P2 đầu vào phải lập trình cách ghi số tới tất chân Vai trò kép P2: Trong hệ thống 8751, 89C52 DS5000 P2 dùng đầu Tuy nhiên hệ thống 80312 cổng P2 dùng với P0 để tạo địa 16 bit nhớ Vì 8031 có khả truy cập 64k byte nhớ ngồi, nên cần đường địa 16 bít Trong P0 cung cấp bit thấp qua A0 - A7 Công việc P2 cung cấp bít địa A8 -A15 - Port P3: Port P3 chiếm chân (các chân 10 đến 17) Nó sử dụng đầu vào đầu Cổng P3 không cần điện trở kéo Mặc dù cổng P3 cấu cổng đầu Reset, cách sử dụng phổ biến Cổng P3 bổ sung chức quan trọng, đặc biệt Bảng bảng cung cấp chức khác cổng P3 Thông tin áp dụng cho 8052 8031 Bảng 1:Chức cổng 8052 Bít cổng P3 P3.0 Chức Nhận liệu (RXD) chân số 10 P3.1 Phát liệu (TXD) 11 P3.2 Ngắt 0(INT0) 12 P3.3 Ngắt 1(INT1) 13 P3.4 Bộ định thời (TO) 14 P3.5 Bộ định thời (T1) 15 P3.6 Ghi (WR) 16 P3.7 Đọc (RD) 17 1.3.2 Động bước Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rơto có khả cố định rơto vào vị trí cần thiết Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: ĐỘng chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc cơng suất nhỏ Hình 1.5 hình ảnh động bước - Cấu tạo động bước: Hình 1.6 cấu tạo động bước Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rơto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Phương pháp điều khiển động bước: cuộn dây cấp dòng theo vòng Mỗi vòng dây cấp động gọi quay bước - Hoạt động cuộn dây động bước: Hình 1.7 cấu tạo bên động bước Các cuộn dây ABCD nạp theo chu trình: “ABCD:=”1001”=>”1100”=>”0110”=>”0011” Lúc động quay ngược chiều kim đồng hồ vòng Muốn động quay thuận chiều kim đồng gồ ta việc thay đổi ngược lại chu trình nạp Tùy thuộc vào chương trình chạy cho trễ tốc độ động thay đổi nhiêu Tốc độ động cowtyr lệ nghịch với hàm trễ - Ứng dụng Động bước có nhiều ứng dụng kỹ thuật, đặc biệt điều khiển kỹ thuật số, dây truyền công nghệ đại hầy hết đêu khai thác sử dụng loại động Ngoài động dùng để chế tạo robot… 1.3.3 LCD 16x2 LCD làm việc chế độn bit nối với post vi điều khiển Hinh 1.8.Hình dạng LCD Đây loại gồm 16 ký tự x2 dòng ,mỗi ký tự tạo từ ma trận điểm sáng kích cỡ 5×7 5×10 Sơ đồ chân: Hình 1.9.Sơ đồ chân LCD 10 2.1.2.Lưu đồ thuật tốn Start Thiết lập LCD 16x2 Thiết lập timer0 đếm 1ms Thiết lập chiều quay ban đầu Phím Start nhấn? Gán thời gian trễ =8; Gán biến đánh dấu =0; Phím Stop Gán biến đánh dấu =3; nhấn? 16 Phím tăng tốc nhấn? Giảm thời gian trễ 1; Phím giảm tốc nhấn? Tăng thời gian trễ 1; Phím quay thuận nhấn? Gán biến đánh dấu =1; Phím quay ngược nhấn? Gán bién đánh dấu = 2; Chạy động với thông số thời gian trễ biến đánh dấu 17 2.1.2 Sơ đồ mạch in Mạch in khối điều khiển: Hình 2.2.mạch in khối điều khiển - Mạch in khối động hiển thị Hình 2.3.mạch in khối động hiển thị 2.2.2 Mã nguồn chương trình Code chương trình điều khiển động bước hiển thị lên LCD 16x2: #include // Khoi tao bien va cac gia tri gan -// sbit RS_LCD = P2^5; sbit RW_LCD = P2^6; sbit E_LCD = P2^7; sbit qn = P3^2; sbit qt = P3^3; 18 sbit tt = P3^4; sbit gt = P3^5; sbit stop = P3^6; sbit start = P3^7; unsigned char M[] = {0,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09,0x08}; unsigned int v,vt,d1,d0; unsigned char a,i,n,j,xungdelay,h; // void delay_short() { unsigned int x; for(x=0;x=15) vt=15; else vt++; if(xungdelay18) d0=0; TL0=0x18; TH0=0xfc; TR0=1; } 2.3 Một số hình ảnh sản phẩm Hình 2.4 Hình ảnh mạch sau hồn thành 26 Hình 2.5 Hình ảnh mạch sau hoàn thành 27 KẾT LUẬN Với Đề tài Vi Điều Khiển giúp cho sinh viên bổ sung thêm kỹ lập trình làm mạch thực tế xử lý cố Đề tài em làm điều khiển động bước ứng dụng cho vi điều khiển họ AT89XX Thông qua module em tiếp cận với thiết bị điện tử ngồi thực tế, có ích với iệc cơng tác em sau Với hướng dẫn nhiệt tình Ngơ Thị Vinh cố gắng tìm hiểu em thiết kế ứng dụng số Modul vi điều khiển lĩnh vực điều khiển học Trong trình thực số chỗ chưa thật tối ưu , mong góp ý , hướng dẫn thầy cô bạn Qua em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô trang bị cho chúng em vốn kiến thức đầy đủ để giúp cho q trình thực tế khơng ngỡ ngàng tự tin với kiến thức trang bị trường Đặc biêt em xin gửi lời cảm ơn tới giáo viên hướng dẫn em cô Ngô Thị Vinh, thầy giúp đỡ Tôi nhiều báo cáo chuyên ngành lần 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Quốc Hưng – Kỹ thuật vi xử lý – Trường đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Ngun, 2009 [2] Douglas W Jones,Đồn Hiệp dịch, Điều khiển động bước –Trường đại học bách khoa HCM 2010 [3] Nguyễn Hoàng Sơn- Mạch nối động bước với vi điều khiển-Trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng 2010 [4] Phạm Hùng Kim Khánh-Tài liệu thực hành vi điều khiển – Trường đại học bách khoa Đà Nẵng 2010 [5] Kiều Xuân Thực – Vi điều khiển cấu trúc- lập trình ứng dụng – Nhà xuất giáo dục 2008 29 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 30 ... Khối vi điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển hoạt động tồn mạch Nhận biết lệnh điều khiển từ nút bấm, từ đưa xung điện áp tương ứng để điều khiển khối công suất khối thị Cho người điều khiển biết... treo vi điều khiển xung nhiễu gây từ cuộn dây động tác động ngược lại vi điều khiển 1.3 Linh kiện sử dụng 1.3.1 Bộ vi điều khiển 89S52 a Sơ lược vi điều khiển 89S52 AT89S52 họ IC vi điều khiển. .. tốt phụ thuộc nhiều vào khối vi điều khiển Khối cơng suất: khuếch đại tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển cách ly đưa tới động Khối động cơ: nhận tín hiệu điều khiển thực lệnh người lập trình