Bản báo cáo Đồ án môn học vi điều khiển thiết kế một bộ điều khiển motor DC

Lời nói đầu Trong các ngành công nghiêp,công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ,nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi

Bộ Công Thương Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội -********* -

Bản báo cáo

Đồ án môn học vi điều khiển

Chủ đề 18:thiết kế một bộ điều khiển motor DC Hệ thống có thể

điều khiển được motor có công suất P <=60W và điện áp U <= 24VDC.

Hệ thống có các phím điều khiển đảo chiều,tăng,giảm tốc độ bằng biến thiên điện áp (dùng DAC).

Thầy giáo hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện:

Mục Lục

Trang

Lời nói đầu 3

Sơ lược họ 8051 4

I Sơ lược 8051 4

II Sơ lược 89S52 7

Động cơ một chiều 10

I. Cấu tạo máy điện một chiều 10

II. Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều 12

Các thành phần chính trong mạch 13

I DAC0808 13

II RELAY 16

III. LM741 17

IV. OPTO 17

V. D718 17

Thiết kế 18

I. Sơ đồ khối 18

II. Mạch nguyên lý 19

III. Mạch in 20

Lập trình cho vi điều khiển 21

I Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp biến thiên điện áp (DAC) 21

II Phần lập trình 22

Kết luận chung 24

Lời nói đầu

Trong các ngành công nghiêp,công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ,nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng.Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng ,độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền ,máy nâng vận chuyển,điều khiển băng tải, điều khiển các robot…

Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương

pháp,trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng

họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp biến thiên điện áp(dùng

DAC).Trong đồ án của mình chúng em chúng em 89S52 để lập trình điều khiển động cơ một chiều DC < 24V dùng IC DAC 0808

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử và các bạn

đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án và cô Vũ Thị Thu Hương đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em là đồ án này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án ,chưa có kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều khiếm khuyết trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong cô góp ý và bổ sung thêm

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

_ SƠ LƯỢC 8051 _

I Sơ lược 8051

8051 ra đời năm 1981 do hãng Intel sản xuất

Họ điều khiển này có 128 byte RAM,4kbyte ROM,hai bộ đnh thời ,một cổng nối tiếp và 4 cổng ra\vào song song và là 1 bộ vi xử lý 8 bit

Sau khi Intel cho các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thể của 8051 thì họ 8051càng ngày càng phổ biến và ngày càng có nhiều phiên bản khác nhau của 8051 nhưng tất cả đều tương thích với 8051 ban đầu.Sau đây là bảng so sánh các họ khác nhau:

Số hiệu sản xuất

Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ dữ liệu

Số bộ định thời (bộ đếm)8031

8051857189518032805287528952

0K4K ROM4K EPROM4K FLASH0K

8K ROM8K EPROM8K FLASH

II Chức năng các chân của họ 8051

1 Port 0 (P0.0 _ P0.7)

Port 0 gồm 8 chân

Với chức năng xuất nhập dữ liệu ,ngoài ra Port 0 còn là bus đa hợp dữ liện

và địa chỉ(AD0_AD7).Port 0 cũng nhận các byte mã khi lập trình Flas và xuất các byte mã khi kiểm tra chương trình Chú y trong trường hợp này cần

có thêm điện trở trước khi nối vào chân Port 0

2. Port 1 (P1.0_P1.7)

Cũng như Port 0 ,Port 1 cũng có 8 chân Chức năng của Port 1 chỉ là xuất nhập dữ liệu Port 1 cũng có thể xuất nhập theo bit và theo byte

3 Port 2

Port 2 là port 8 bit ,cũng có chức năng xuất nhập dữ liệu như 2 port

trên.Khi làm nhiệm vụ là port nhập, các chân của port 2 đang được kéo

xuống mức thấp do tác động của bên ngoài sẽ cấp dòng do các điện trở kéo lên từ bên trong Port 2 tạo ra byte cao của bus điạ chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit

Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trông thời gian lập trình Flash và kiểm tra chương trình

4 Port 3

Cũng là port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra port 3 còn có các chức năng khác cụ thể như sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp

P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2: Chức năng các chân của port 3

5 RST

Khi tín hiệu vào chân này được đưa lên mức cao ( trong ít 2 chu kỳ),các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải lên nhưng giá trị thích hợp để khởi động hệ thống

6 Chân /PSEN

PSEN(program store enable) là chân đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức caoChân này được kích hoạt 2 lần mỗi chu kỳ máy và hai hoạt đông này sẽ được bỏ qua khi truy cập bộ nhớ ngoài

7 Chân ALE

ALE(address latch enable) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy cập bộ nhớ ngoài Đây cũng là chân truy cập xung lập trình khi lập trình Flash.Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với một tỷ lệ không đổi 1/6 tần số dao đông của vi điều khiển Tuy nhiên chân này cũng sẽ bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ ngoài

8 Chân EA

EA(external access) là chân cho phép chọn bộ nhớ trong hay bộ nhớ ngoài của vi điều khiển Khi EA ở mức tích cực cao(nối với VCC) thì vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội,ngược lại(nối với GND) thì vi điều khiển thi hành bộ nhớ ngoài

9 XTAL1 và XTAL2

Đây là 2 ngỏ vào và ra của 1 bộ khuyếch đại dao động nghịch được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với bộ dao đông thạch anh có dải tần thường là 12MHz-33MHz

10 Vcc và GND

Đây là 2 chân dùng để cấp nguồn cho IC,dải điện áp thích hợp là 4-5V.Với Vcc nối với dương nguồn ,GND nối với âm nguồn

III SƠ LƯỢC 89S52

89S52 là một dòng trong họ 8051 ,nó có đầy đủ tính chất cũng như tính năng của họ 8051 Sau đây là sơ đồ chân của 89S52:

89S52 có tất cả là 40 chân, trong đó chân 20 và 40 là 2 chân nối nguồn với điện áp cho phép nằm vào khoảng 3-5,5V

Từ chân 1 đến chân 8 là chân port 1,từ chân 10 đến chân 17 là chân của port

3 ,từ chân 32 đến chân 39 là chân của port 0,từ chân 22 đến chân 28 là các chân của port 2,các chân còn lại là :chân 9 là chân RST ,chân 18 và chân 19 lần lượt là chân XTAL1 và XTAL2 ,từ chân 29 đến chân 31 lần lượt là các chân PSEN,ALE,EA

Chức năng của các chân này thì đã trình bày trên phần sơ lược 8051 ở trên

Hình 1 Sơ đồ chân của 89S52

Hình 2 Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển AT89S52

AT 89S52 có 8byte Flash ROM trên chip,khi chân /EA (chân 31) được đặt ở mức logic cao thì bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình trong bộ nhớ này,tuổi thọ cho bộ nhớ này vào khoảng 1000 lần lập trình,khi chân EA ở mức thấp thì bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoài

(EPROM ngoài).Để thực hiện được điều này thì 89S52 cần cần có một mạch phối ghép AT89S52 với Flash/EPROM

AT89S52 có 256 byte RAM nội, trong đó có 32 byte của bộ nhớ dành cho các bank thanh ghi

AT89S52 có 128 bit có chứa các byte định địa chỉ theo bit tà 20H đến

2FH,các bít này có thể là việc với 1 lệnh đơn

Ngày nay , với sự phát triển của công nghệ thì việc sử dụng chip nói chung

và họ 8051 nói riêng ngày càng cần thiết và phổ biến …

_ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU _

I. Cấu tạo máy điện một chiều

Sau đây là một số sơ đồ của máy điện 1 chiều:

Sơ đồ của một máy điện 1 chiều với bộ phận kích từ song song

Mạch từ của một máy điện 2 cực

II Nguyên lý hoạt động của động cơ môt chiều

Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển động Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ nói chung

Về động cơ một chiều :

Từ trường trong động cơ tạo ra từ các cuộn dây gọi là cuộn cảm hay cuộn kích từ Do stator của động cơ có đặt các cuộn cảm nên thường gọi là phần cảm Từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một lực vào các dây dẫn rotor đặt trong các rảnh của rotor khi có dòng điện chạy qua Cuộn dây này gọi là cuộn ứng Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than và cổ góp.Phần rotor mang phần ứng nên gọi là phần ứng

_CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠCH _

I DAC 0808

Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối

Cấu tạo của DAC0808

Hình 5: Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối

Sơ đồ thu gọn

Hình 6: Sơ đồ thu gọn

Cấu tạo chân

Hình 7: Cấu tạo chân

Hình 8: Ứng dụng cơ bản của DAC0808

Vo=V+REF(A1/2 + A2/4 + …+A8/256)

II RELAY

Hình 9: hình ảnh và cấu tạo của relay

Các bộ phận chính của relay

+ Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu)

Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.

Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây

+ Cơ cấu trung gian( khối trung gian)

Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.

Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện

+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.

Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm

III LM741

-Khuếch đại thuật toán

Hình 10: Sơ đồ IC LM741

IV. OPTO (Cách ly quang).

Hình 11: Hình dạng và cấu tạo OpTo và trans D718

V D718(Tranzitor công suất )

Khối công suất (Động cơ)Đầu raKhối nguồn

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý

III Mạch in

Hình 14: Sơ đồ mạch in

_LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN _

I Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp biến

thiên điện áp (DAC).

Đây là phương pháp biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương

tự ở đầu ra của DAC với các mức điện áp khác nhau

IC DAC0808 là Ic 8 bit đầu vào tương ứng với Port 2 của vi điều khiển

Khi vi điều khiển xuất ra là các bit nhị phân thay đổi thì

tương ứng điện áp đầu ra tại chân 4 của Ic DAC0808

Ta thu được đầu ra của DAC với mức điện áp âm khoảng từ 0V đến -9V Với đầu ra âm này của DAC ta sẽ sử dụng IC LM741 với đầu vào khuếch đại đảo để thu được đầu ra với mức điện áp dương khoảng từ 0V đến 9V

Vo=V+REF(A1/2 + A2/4 + …+A8/256)

Trong đó :

A1 ,A2,… A8 tương ứng là các bit đầu vào của DAC (8 bit của Port2)

VO là đầu ra của Ic LM741

Để đảm bảo cho công suất đầu ra của mạch được nâng cao

ta thêm khối công suất sử dụng transistor công suất D718

KẾT LUẬN CHUNG

I Ưu điểm

Đây là phương pháp đơn giản và thực tế

Do điện áp tác động vào cuộn dây của động cơ là liên tục nên tuổi thọ của động cơ kéo lâu hơn so với phương pháp khác

II Nhược điểm

Dải điều khiển hẹp

Tổn hao trên phần công suất lớn

Phương pháp này không được sử dụng khi yêu cầu độ chính xác cao

về tốc độ

III.Tài liệu tham khảo

Vi điều khiển(Cấu trúc_lập trình và ứng dụng) Kiều Xuân ThựcLập trình C với vi điều khiển Ngô Diên Tập

Và tham khảo tài lieuj trên : http://www.alldatasheet.com/