kl le hoang son 610095d

Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lí 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, và cũng kh

Mục đích và yêu cầu của đề tài

Trong cuộc sống hiện tại, khoa học phát triển rất nhanh, những công cụ ra đời sẽ giúp giải phóng lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến, sáng tạo Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất lượng và hiệu quả công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng nhu cầu đó Đó là lý do em chọn đề tài “MÔ HÌNH

CÂN VÀ ĐO CHIỀU DÀI TRẺ EM” Các kit vi xử lí này có thể hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập trình sẵn Nhưng vì do thời gian cũng như khả năng có hạn nên em chỉ thiết kế đề tài ở cấp độ sinh viên

Hệ thống này có thể áp dụng trong hầu hết các nhà máy có liên quan đến cân đo khối lượng

Yêu cầu đề tài mà em được giao:

- Mô hình cân khối lượng sử dụng loadcell

- Mô hình đo chiều dài

Cơ sở lí luận

Dựa trên cơ sở của các đề tài vi xử lí, nhằm thiết kế một hệ thống vi điều khiển góp phần làm phong phú thêm cho việc hiểu biết về lĩnh vực này đồng thời có thể mở rộng và định hướng về sau Đề tài này được thực hiện chủ yếu dựa vào kiến thức về vi xử lí, các phương pháp truyền dữ liệu, giao tiếp ngoại vi của máy tính đồng thời các lí thuyết về mạch điện tử cũng như việc tìm hiểu về các linh kiện được dùng Nói chung là các kiến thức cần thiết cho một sinh viên để ra trường ứng dụng những gì học được vào thực tế với cái nhìn đúng đắn hơn

Báo Cáo Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ngô Thanh Hải

- LCD, Max232, động cơ DC, MOSFET, encoder, loadcell,…

GIỚI THIỆU LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ

Vi điều khiển họ 8051- AT89S52

Do họ MCS-51 đã trở thành chuẩn công nghiệp nên có rất nhiều hãng sản xuất ra nó , điển hình là ATMEL Corporation Hãng này đã kết hợp rất nhiều tính năng dựa trên nền tảng kỹ thuật của mình để tạo ra các vi điều khiển tương thích với MCS-51 nhưng mạnh mẽ hơn

Flash on-chip cho phép bộ nhớ lập trình được, lập trình trong hệ thống bởi một lập trình viên bình thường Bằng cách nối 1 CPU 8 bit với một Flash trên một chip đơn , AT89S52 là một vi điêu khiển mạnh ( có công suất lớn ), cung cấp một sự linh động cao và giải pháp về giá cả đối với những ứng dụng vê vi điều khiển

2.1.1 Các đặc điểm chủ yếu của AT89S52:

 8 Kbyte bộ nhớ chương trình

 32 đường I/O lập trình được ( 4 port )

 Tần số hoạt động : 0Hz đến 24Hz

 64 KB vùng nhớ mã ngoài

 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

 Bộ xử lý bit ( thao tác trên các bit riêng rẽ )

 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

 Độ bền : 1000 lần ghi/xóa

 4s cho hoạt động nhân và chia

 Chế độ hạ nguồn và chế độ nghỉ tiêu tôn công suất thấp

Hình 1.5.Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển AT89S52

Bộ vi điều khiển AT89s52 gồm các khối chức năng chính sau đây:

CPU( centralprocessing unit ) bao gồm :

Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và chia; Đơn vị logic học ( ALU : Arithemetic Logic Unit );

Thanh ghi từ trạng thái chương trình ( PSW : Program Status Word );

Bộ nhớ chương trình ( bộ nhớ ROM ) gồm 8kbyte Flash

Bộ nhớ dữ liệu ( bộ nhớ RAM ) gồm 256 byte

Bộ UART ( Universal Ansynchronous Receiver and Transmitter ) có chức năng truyền nhận nối tiếp, AT89S52 có thể giao tiếp với cổng nối tiếp của máy tính thông qua bộ UART

3 bộ Timer / Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đêm sự kiện

WDM ( Watch Dog Timer ) : WDM được dùng để phục hồi lại hoạt động của CPU khi nó bị treo bởi một nguyên nhân nào đó WDM ở AT89S52 gồm một bộ Timer 14 bit , 1 bộ timer 7 bit , thanh ghi WDTRST ( WDM register ) Bình thường WDT không hoạt động bị cấm , để cho phép WDT, cá giá trị 1EH và E1H cần phải được ghi liên tiếp vào thanh ghi WDTRST Timer 14 bit của WDTsẽ đếm tăng dần sau mỗi chu kỳ đồng hồ cho đến giá trị 16383 thì xảy ra tràn Khi xảy ra tràn, chân reset được dặt ở mức cao trong khoảng thời gian 98* T osc ( Tosc=1 / Fossc ) và AT89S52 sẽ được reset Khi WDT hoạt động, ngoại trừ reset phần cứng và reset do WDT tràn thì không có cách nào có thể cấm được WDT, vì vậy khi sử dụng WDT thì các đoạn mã của chương trình phải được đặt trong các khe thời gian giữa các lần WDT được khởi tạo lại

Tùy theo các giá trị khác nhau được ghi vào S0,S1,S2 sẽ có chu kỳ máy mà WDT sẽ đếm cho trong bảng 1.1 và thời gian tràn ( timer – out ) của WDT trong bảng 1.2

Bảng 1.1 Số chu kỳ máy WDT đếm tùy theo giá trị cua S0, S1, S2

Bảng 1.2 Thời gian tràn của WDT

S2 S1 S0 Fosc = 12 MHz Fosc = 16MHz Fosc = 20MHz

AT89S52 có bộ nhớ theo cấu trúc Hảvard – có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Như đã nói ở trên, cả bộ nhớ chương trình và dữ liệu có sẵn trên chip, tuy nhiên dung lượng của các bộ nhớ trên chip là hạn chế Khi thiết kế các ứng dụng đòi hỏi bộ nhớ lớn người ta có thể dùng bộ nhớ ngoài với dung lượng lên tới 64Kbyte cho bộ nhớ chương trình và 64 Kbyte cho bộ nhớ dữ liệu

Hình 1.6 Tổ chức bộ nhớ của AT89S52

AT89S52 có 8 Kbyte Flash ROM trên chip khi chân EA được đặt ở mức logic cao +5V, bộ nhớ vi điều khiển sẽ thức hiện chương trình trong bộ nhớ này bắt đầu từ địa chỉ 0000H Số lần lập trình cho bộ nhớ này là khoảng 1000 lần

Khi chân EA được đặt ở mức logic thấp, bộ nhớ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoài ( EPROM ngoài ), tuy nhiên để có được điều này thì cần phải có một mạch phối ghép AT89S52 với Flash/EPROM như trong hình Vi mạch chốt (Latch) sẽ tách riêng Bus đa hợp địa chỉ và dữ liệu AD0- AD7 trên port 0 của 8952,tùy theo dung lượng EPROM sẽ có đường địa chỉ tương ứng được dùng Tín hiệu điều khiển đọc ROM là tín hiệu PSEN

Hình 1.7 Sơ đồ ghép nối AT89s52 vơi EPROM

AT89S52 có 256 byte RAM nội được phân chia như sau:

Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đén 1FH

32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các bank thanh ghi Bộ nhớ lệnh 89S52 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 – R7 và theo mắc định sau khi reset hệ thống, các thanh ghi này có đị chỉ từ 00H- 07H

Các lệnh dùng các thanh ghi R0 – R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn so với các lệnh có chức năng tương ứng dùng kiểu địa chỉ trực tiếp Các dữ liệu được dùng thường xuyên nên sử dụng một trong các thanh ghi này

Do có 4 bank thanh ghi tại mỗi thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được truy xuất bởi các thanh ghi R0- R7, để chuyển đổi việc truy xuất các bank thanh ghi ta phải thay đổi các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái

Ram địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

AT89S52 có 128 bit có chứa các byte địa chỉ theo bit từ 20H đến 2FH.Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là các đặt tính mạnh của các bộ vi điều khiển nói chung

Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

Hình 1.8 Bộ nhớ dữ liệu trên chip AT89S52

Bộ nhớ dữ liệu RAM ngoài là bộ nhớ RAM được đọc hoặc ghi bởi tín hiệu

RD và WR Các RAM có thể giao tiếp với AT89S52 tương tự cách thức như

EPROM ngoại trừ chân RD của AT89S52 nối với các chân OE của RAM và chân

WR của AT89S52 nối với các chân WE của RAM

Hình 1.9 Sơ đồ ghép nối với RAM ngoài

2.1.6 Mô tả chức năng của các chân :

Port 0 ( P0.0 – P0.7 ) có số chân từ 32 – 39

Port xuất nhập dữ liệu ( P0.0 – P0.7 ) khi không sử dụng bộ nhớ ngoài

Bú địa chỉ byte thấp và bú dữ liệu đa hợp ( AD0 – AD7 ) khi có sử dụng bộ nhớ ngoài

Khi port 0 đóng vai trò là port xuất nhập dữ liệu thì phải sử dụng các điện trở kéo lên bên ngoài

Khi lập trình cho ROM trong chip thì port 0 đóng vai trò là ngõ vào của dữ liệu ( D0 – D7)

Port 1( P1.0 – P1.7 ) có số chân từ 1 – 7

Port xuất nhập dữ liệu ( P1.0 – P1.7 ) khi sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài

Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 1 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte thấp ( A0 – A7 )

Port 2 ( P2.0 – P2.7) có số chân từ 21- 28

Port xuất nhập dữ liệu ( P2.0 – P2.7 ) khi không sử dụng bộ nhớ ngoài

Bus địa chỉ byte cao ( A8 – A15 ) khi có sử dụng bộ nhớ ngoài

Khi lập cho Rom trong chip thì port 2 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte cao ( A8 – A11) và các tín hiệu điều khiển

Port 3 ( P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17

Port xuất nhập dữ liệu ( P3.0 – P3.7 ) khi không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt

Các tín hiệu điều khiển khi có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt

Khi lập cho ROM trong chip thì Port 3 đóng vai trò là ngõ vào của tín hệu điều khiển

Chức năng của các chân Port 3 :

Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng

P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp

P3.1 TxD B1H Chân phat dữ liệu của port nối tiếp

P3.2 INT0\ B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1\ B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0

P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1

P3.6 WR\ B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ( RAM ) ngoài

P3.7 RD\ B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ( RAM ) ngoài

Bảng 1.3: Chức năng của các chân của port 3

PSEN( program store enable ) : cho phép bộ nhớ chương trình, chân số 29 Chức năng :

Là tín hiệu cho phép truy xuất ( đọc ) bộ nhớ chương trình ROM ngoài

Là tín hiệu xuất, tích cực mức thấp

PSEN\ = 0 : trong thời gian CPU tìm – nạp lệnh từ RAM ngoài

PSEN\ = 1 : CPU sử dụng RAM trong ( không sử dụng RAM ngoài )

Khi sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài, chân PSEN\ thường được nối với chân OE\ của RAM ngoài để cho phép CPU đọc mã lệnh từ ROM ngoài

EA ( External Access ) : truy xuất ngoài , chân số 31

Là tín hiệu cho phép truy xuất sử dụng bộ hớ chương trình RAM ngoài

Là tín hiệu nhập , tích cực mức thấp

EA\ =0 : chip 89S52 sử dụng chương trình của ROM ngoài

EA\ =1 : chip 89S52 sử dụng chương trình của ROM ngoài

Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân EA đóng vai trò là ngõ vào của điện áp lập trình

Lưu ý : chân EA luôn luôn phải được nôi lên Vcc ( sử dụng chương trình của ROM trong ) và xuống Vss ( sử dụng chương trình của ROM ngoài )

XTAL ( Crystal ) : tinh thể thạch anh, chân số 18 – 19

Dùng để nối với thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt động

XTAL1 : ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip

XTAL2 : ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip

Lưu ý : fTYP = 12MHz fOSC = fCLK / 2 fTYP : tần số danh định fOSC : tần số mạch dao động trên chip f CLK : tần số mạch dao động bên ngoài

RST ( Reset ) : thiết lập laị, chân số 9

Là tín hiệu cho phép thiết lặp ( đặt ) lại trạng thái ban đầu cho hệ thống

Là tín hiệu nhập, tích cực mức cao

RST = 0 : chip hoạt động bình thường

RST = 1 : chip được thiết lặp lại trạng thái ban đầu

Mạch dao động TTL XTAL1

Kết nối thạch anh dao động bên ngoài

Kết nối mạch dao động bên ngoài

Báo Cáo Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ngô Thanh Hải t RESET : thời gian reset

TOSC : chu kỳ dao động

Vcc, Gnd : nguồn cung cấp điện, chân 40 – 20

Cung cấp nguồn điện cho 8051 hoạt động

Bộ định thời của timer là một chuỗi của các Flip Flop được chia làm 2, nó nhận tín hiệu vào là một nguồn xung clock, xung clock được đưa vào Flip Flop thứ nhất là xung clock của Flip Flop thứ hai mà nó cũng tần số clock này cho 2 và cứ tiếp tục

Reset bằng tay Reset khi cấp nguồn

Vì mỗi tầng kế tiếp chia cho 2, nên Timer n tầng phải chia tần số clock ngõ vào cho 2 n Ngõ ra của tầng cuối cùng là clock của Flip Flop tràn Timer hoặc cờ mà nó kiểm tra bởi phần mềm hoặc sinh ra ngắt Giá trị nhị phân trong các Flip Flop của bộ timer có thể được nghỉ như đếm xung clock hoặc các sự kienj quan trọng

Ví dụ : Timer 16 bit có thể đếm từ FFFFH sang 0000H

Hoạt động timer đơn giản là 3 bit được minh họa như sau :

Hình 1.10.Biểu đồ thời gian

Tìm hiểu về loadcell

Loadcell là những bộ cảm biến dùng để chuyển đổi lực (khối lượng, momen) thành tín hiệu điện ngõ ra Loadcell cũng được gọi là “bộ chuyển đổi tải”

Trong từ điển, loadcell được mô tả như là “1 thiết bị đo trọng lượng cần thiết cho cân điện tử hiển thị trọng lượng ở dạng số”

Loadcell có thể được phân loại theo nguyên tắc hoạt động:

Loadcell dùng áp suất chất lỏng hay áp suất chất khí

Loadecll dùng sự đàn hồi

Loadcell dùng ảnh hưởng sự từ giảo hoặc ảnh hưởng hiện tượng áp điện

Giữa những loại Loadcell, Loadcell đo sự biến dạng là loại phổ biến nhất Do đó khi chúng ta nói đến loadcell là chúng ta thường hướng theo loadcell đo sự biến dạng

Hình 3.1: Một số loadcell trên thị trường

2.2.2 Đặc điểm của Loadcell đo sự biến dạng:

Những phép đo có độ chính xác cao ít bị tác động bởi sự thay đổi nhiệt độ

Giao tiếp khoảng cách xa hoặc điều khiển có thể thực hiện được như ngõ ra là tín hiệu điện

Kích thước nhỏ tạo ra sự so sánh tải trọng với những loại Loadcell khác Độ uốn ảnh hưởng bởi sự biến dạng của vật liệu nhỏ, và tần số tự nhiên của vật liệu cao Như vậy nó có thể xảy ra ngắn hơn thời gian đo lường Ngoài ra, hiện tượng động của đo lường có thể xảy ra

Bảo trì dễ dàng và nó có thời gian hoạt động dài vì không có sự di chuyển của những bộ phận hay bất kỳ bộ phận nào phát sinh ma sát

Sản xuất dễ dàng vì nguyên tắc hoạt động đơn giản và số lượng thành phần ít Đặc tính độ bền mỏi tuyệt hảo miễn là thiết bị không bị quá tải, và chất lượng của nó được bảo dưỡng thường xuyên

Loadcell đo sự biến dạng rất khó điều khiển vì nó có điện áp ngõ ra rất nhỏ, khoảng mV

Tuy nhiên, vấn đề này đã được giải quyết nhờ sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử

2.2.3 Nguyên tắc đo lường của Loadcell: Để mà chuyển đổi lực sang tín hiệu điện, chúng ta gắn vào loadcell 1 cảm biến gọi là “strain gauge” (đo sự biến dạng)

2.2.3.1 Strain gauge: a) Lịch sử: Điện trở của kim loại thay đổi ảnh hưởng đến áp suất hoặc điện áp Hiện tượng này đã được biết đến cách đây 1 thời gian dài Vào năm 1878, (nhà

Báo Cáo Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ngô Thanh Hải định lượng ) Tomlinson đã đo sự tăng trong điện trở cho mỗi đơn vị điện trở (gọi là hệ số đo) b) Strain gauge: Điện trở của nhiều kim loại thay đổi khi những kim loại này về mặt cơ học bị kéo dãn ra hay bị nén lại

Những kim loại cùng dãy có thể khác nhau về điện trở, phụ thuộc vào việc nó bị kéo dãn hay bị nén lại

Việc đo sự biến dạng dùng nguyên lý này và tìm ra sự biến dạng bằng cách thay đổi điện trở

Hình 3.2: Cấu tạo của “strain gauge”

Một loadcell được tạo ra bằng cách gắn những cái “strain gauge” vào 1 vật liệu co dãn Để việc tìm ra sự biến dạng có hiệu quả, những cái “strain gauge” được gắn vào vị trí sự biến dạng sẽ là lớn nhất trên vật liệu

Hình 3.3: Vị trí gắn các “strain gauge”

Có 1 mối quan hệ tuyến tính giữa sự biến dạng của “strain gauge” và sự thay đổi trong bản thân điện trở Theo phương trình sau:

R : điện trở ban đầu của “strain gauge” ()

R: điện trở thay đổi gây ra bởi sự kéo dãn hay sự nén ()

K: hằng số tỷ lệ (được gọi là hệ số đo)

Hệ số đo K thay đổi phụ thuộc vào loại lá kim loại được dùng Khi dùng hợp kim Niken-đồng thì giá trị K xấp xỉ 2

Khi 1 áp lực được tạo ra bởi lực bên ngoài vào 1 vật thì dưới tỷ lệ giới hạn, độ biến dạng thay đổi tuyến tính với áp lực Thêm vào đó, khi lực bên ngoài tác động vào loadcell và bản thân vật liệu bị biến dạng, thì giá trị điện trở của “strain gauge” thay đổi tuyến tính với độ biến dạng c) Vật liệu co dãn:

Vật liệu co dãn tạo ra 1 sự biến dạng khi có 1 lực bên ngoài tác dụng vào Khi lực tác dụng vào vật liệu co dãn, nó gây ra sự biến dạng, và giá trị điện trở của “strain gauge” gắn trên vật liệu sẽ thay đổi Vật liệu co dãn

Báo Cáo Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ngô Thanh Hải Để nâng cao chất lượng của 1 loadcell, đặc điểm của vật liệu rất quan trọng Vật liệu này yêu cầu những đặc điểm sau đây: Độ rão phải nhỏ Độ rão được xác định như là hiện tượng xảy ra khi sự biến dạng của 1 vật gây ra bởi lực bên ngoài trở nên lớn hơn theo thời gian Vật liệu phải có tỷ lệ giới hạn cao, đảm bảo 1 dãy tuyến tính rộng

Sự thay đổi lâu dài của vật liệu phải nhỏ và không có sự biến đổi hình dạng bởi áp lực còn lại Điện trở tác động phải cao

Nó phải dễ gia công

Nói chung, thép niken-crôm-molipđen, thép không gỉ, và nhôm được xem là những vật liệu đạt được những yêu cầu trên d) Sự biến dạng xảy ra như thế nào:

Một vật thể thay đổi hình dạng của nó khi có 1 ngoại lực tác động vào Khi 1 vật bị biến dạng bởi 1 lực bên ngoài, 1 phân tử lực làm việc giữa mỗi phân tử cấy thành nên vật thể, sinh ra 1 nội lực bên trong cố gắng ngăn chặn sự biến dạng bởi lực bên ngoài Khi mà lực bên ngoài mà vật nhận được cân bằng với lực tạo ra bên trong vật thể thì sự biến dạng của vật thể sẽ dừng Lúc này, mỗi vùng đơn vị lực bên trong được tạo ra trên phần cắt của vật thể được gọi là “áp lực” Áp lực được tính toán như sau:

A: diện tích phần lực tác dụng  m 2 e) Độ biến dạng:

Khi 1 vật thể thay đổi hình dáng của nó sau khi chịu tác động của 1 lực bên ngoài, những phần thay đổi từ kích thước gốc trên đơn vị chiều dài gọi là

Báo Cáo Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ngô Thanh Hải độ biến dạng Trong từ điển, độ biến dạng được định nghĩa là tỷ lệ của sự thay đổi, như là độ giãn dài, độ co, độ xoắn… những điều xảy ra khi có 1 lực bên ngoài tác động lên vật thể Độ biến dạng được xác định như sau: l

Trong đó:  : độ biến dạng

Động cơ DC

Stator thường là 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện 1 chiều Một bộ phận quan trọng khác của động cơ DC là bộ phận chuyển đổi chiều của dòng điện DC liên tục, thông thường bộ phận này bao gồm 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp Chính bộ phận này giúp đổi cực điện áp liên tục cho Rotor cho dù điện áp cấp vào là DC

2.3.2 Hoạt động: Điện áp 1 chiều cấp cho Rotor tạo ra 2 cực từ trường khác nhau và chúng đẩy (hoặc hút) nhau với các cặp từ của Stator tạo ra lực làm quay Rotor

Rotor tiếp tục quay do điện áp vẫn được cấp cho Rotor

Hình 2: Hoạt động động cơ DC 2

Bộ phận cổ góp và chổi than đổi cực cho Rotor và quá trình quay lại từ đâu

Hình 3: Hoạt động động cơ DC 3

Mosfet

MOSFET được viết tắt của "Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect

Transistor" có nghĩa là Transistor hiệu ứng trường Cấu tạo của MOSFET gồm có

1 lớp bán dẫn làm nền (nếu loại N thì Mosfet là loại N, nếu là P thì Mosfet là loại P) và 2 lớp bán dẫn khác loại với nền đặt lên nền này, giữa 2 lớp P – N được cách điện bởi lớp SiO2 Hai miến bán dẫn khác loại với nền được nối ra ngoài làm thành 2 cực

Hình minh họa cho MOSFET loại N

MOSFET có điện trở giữa cực G – S và G – D là vô cùng lớn, còn điện trở S – D là tùy thuộc vào điện áp chênh lệch giữa G – S

Khi UGS=0 thì RDS là vô cùng lớn, khi UGS>0 và càng lớn thì RDS càng nhỏ

Do các lớp N – P đều được cách điện với nhau cho nên khi cấp U GS thì không tạo ra dòng IGS, điện áp UGS tạo ra từ trường làm cho RDS giảm xuống Nhờ vào hiện tượng hiệu ứng trường này mà MOSFET rất phù hợp để khuếch đại các tín hiệu nhỏ Mặt khác MOSFET cũng có nhược điểm so với Transistor là hệ số khuếch đại của MOSFET nhỏ hơn so với Transistor, nhưng nó cũng có ưu điểm là tổng trở ngõ vào cao nên không tổn hao công suất đầu vào

Thí nghiệm cho thấy khi đặt 1 điện áp vào cực G thì sẽ không có dòng I GS

Mắc 1 mạch điện gồm có 1 MOSFET với chức năng đóng mở nối tiếp với 1 bóng đèn, 1 tụ điện mắc song song giữa 2 cực G và S, k1 là công tắc cấp nguồn cho cực G, K2 nối giữa G và S

Khi ta đóng công tắc K1 thì cực G được cấp 1 điện áp làm MOSFET dẫn, đèn sáng, đồng thời tụ điện giữa S và G được nạp Khi mở công tắc K1 thì đèn vẫn còn sáng cho đến khi đong K2 Đèn vẫn sáng khi đã mở K1 là do tụ điện vẫn giữ điện áp trên cực G hay nói cách khác là tụ điện không xả được cho đến khi K2 được đóng, như vậy là mặc dù trên cực G có 1 điện áp nhưng không sinh ra dòng điện giữa G và S

Hình 5: Mạch điều khiển Mosfet 1

Hình 8: Mạch điều khiển Mosfet 4.

GIAO TIẾP MÁY TÍNH VỚI VI XỬ LÍ

Giao tiếp cổng nối tiếp

3.1.1 Cấu trúc cổng nối tiếp:

Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có các yêu điểm sau:

- Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song

- Số dây kết nối ít

- Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại

- Có thể kết nối với nhiều vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Divice)

- Có thể tháo lắp thiết bị trong khi hệ thống đang hoạt động

- Có thể cung cấp nguồn cho một số mạch điện cơ bản

Các thiết bị ghép nối chia làm 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment) DTE là các thiết bị trung gian như MODEM, còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như: máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân TxD (truyền) và RxD (nhận) Các chân còn lại có chức năng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay (handshake) Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát đường truyền

Các phương thức nối giữa DTE và DCE là:

Dữ liệu chỉ được truyền theo 1 hướng

Hình 3.1 Dạng truyền đơn công

- Bán song công (half-duplex):

Dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm chỉ được truyền theo một hướng

Hình 3.2 Dạng truyền bán song công

Dữ liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng

Hình 3.3 Dạng truyền song công

Chuẩn giao tiếp RS-232 lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1962 do hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA, là chuẩn giao tiếp truyền thông giữa máy tính và một thiết bị ngoại vi

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA, chuẩn RS-232 quy định mức logic

1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V, mức logic 0 quy định mức điện áp từ +3V đến +25V và có khả năng cung cấp dòng từ 10mA đến 20mA Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch

Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps, nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps

Cổng giao tiếp RS-232 là giao diện phổ biến rộng rãi nhất Người dùng máy tính còn gọi cổng này là COM1, còn COM2 để tự do cho các ứng dụng khác Giống như cổng máy in, cổng nối tiếp RS-232 được sử dụng một cách rất thuận tiện cho mục đích đo lường và điều khiển

Việc truyền dữ liệu qua RS-232 được tiến hành theo cách nối tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được gửi đi nối tiếp nhau trên một đường truyền Trước hết, loại truyền

Báo Cáo Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ngô Thanh Hải này có thể dùng cho những khoảng cách lớn hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu nhỏ đáng kể hơn là dùng cổng song song Việc dùng cổng song song có một nhược điểm đáng kể là cáp truyền quá nhiều sợi, và vì vậy rất đắt tiền, hơn nữa tín hiệu truyền nằm trong khoảng 0 – 5V tỏ ra không thích ứng với khoảng cách lớn

Cổng nối tiếp không phải là một hệ thống Bus, nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết dưới hình thức điểm nối điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với nhau Một thành phần thứ ba không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin này

Hình 3.4 Hình dáng cổng RS-232

Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) và đầu nối DB9 (9 chân) Ý nghĩa của các chân được mô tả như sau:

1 Protected ground: nối đất bảo vệ

2 3 TxD DTE→DCE Transmitted data: dữ liệu truyền

3 2 RxD DCE→DTE Received data: dữ liệu nhận

4 7 RTS DTE→DCE Request to send: DTE yêu cầu truyền dữ liệu

5 8 CTS DCE→DTE Clear to send: DCE sẵn sàng nhận dữ liệu

6 6 DSR DCE→DTE Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc

8 1 DCD DCE→DTE Data carier detect: DCE phát hiện sóng mang

20 4 DTR DTE→DCE Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc

22 9 RI DCE→DTE Ring indicator: báo chuông

23 DSRD DCE→DTE Data signal rate detector: dò tốc độ truyền

24 TSET DTE→DCE Transmit signal element timing: tín hiệu định thời truyền đi từ DTE

15 TSET DCE→DTE Transmitrer signal element timing: tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dứ liệu

17 RSET DCE→DTE Receiver signal element timing: tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dứ liệu

18 LL Local loopback: kiểm tra cổng

21 RL DCE→DTE Remote loopback: tạo ra bởi DCE khi tín hiệu nhận từ DCE bị lỗi

14 STxD DTE→DCE Secondary Transmitted Data

16 SRxD DCE→DTE Secondary Received Data

19 SRTS DTE→DCE Secondary Request To Send

13 SCTS DCE→DTE Secondary Clear To Send

12 SDSRD DCE→DTE Secondary Receiver Line Signal Detector

9 Dành riêng cho chế độ Test

10 Dành riêng cho chế độ Test

Bảng 3.1 Chức năng các chân cổng DB25 và DB9

Việc truyền dữ liệu xảy ra trên hai đường dẫn Qua chân TxD, máy tính gửi dữ liệu của nó đến các thiết bị khác Trong khi đó dữ liệu mà máy tính nhận được lại đưa vào chân RxD Các tín hiệu khác đóng vai trò như là tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin và vì vậy không phải trong mọi ứng dụng đều dùng đến

Một trong những vấn đề quan trọng cần chú ý khi sử dụng RS-232 là mạch thu phát không cân bằng (đơn cực) điều này có ý nghĩa là tín hiệu vào ra được so với đất Vì vậy nếu điện thế tại hai điểm đất của hai mạch thu phát không bằng nhau thì sẽ có dòng điện chạy trên dây nối đất Kết quả sẽ có áp rơi trên dây nối đất sẽ làm suy yếu tín hiệu logic Nếu truyền tín hiệu đi xa, R sẽ tăng dẫn đến áp rơi trên đất sẽ lớn dần đến lúc tín hiệu logic sẽ rơi vào vùng không xác định và mạch thu sẽ không nhận đúng dữ liệu được truyền từ mạch phát Chính sự không cân bằng này trên mạch thu phát là một trong những nguyên nhân giới hạn đường truyền

3.1.3 Một số sơ đồ kết nối dùng cổng nối tiếp:

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối đơn giản cổng RS-232

Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải đảm bảo tốc độ ở bên phát và bên thu phải giống nhau, khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ đưa vào bộ đệm và sinh ra ngắt

Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa hai DTE, ta còn dùng sơ đồ sau:

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối đầy đủ cổng RS-232

Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực, tác động lên DSR của DTE2 cho biết sẵn sàng nhận dữ liệu và cho biết đã nhận được sóng mang của MODEM (ảo) Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1 có thể nhận dữ liệu Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khác nhau nên phải thực hiện điều khiển lưu lượng Quá trình điều khiển này có thể thực hiện bằng phần mềm hay phần cứng Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiện bằng hai kí tự Xon và Xoff Kí tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (trạng thái có thể nhận dữ liệu) Nếu DCE bận thì sẽ gởi kí tự Xoff Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS Nếu DTE muốn truyền dữ liệu thì sẽ gửi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năng nhận dữ liệu (đang rảnh) thì gửi lại CTS.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,03 MB