LÒ SẤY ĐỨNG TRONG DÂY CHUYỀN GẠCH ỐP LÁT

LÒ SẤY ĐỨNG TRONG DÂY CHUYỀN GẠCH ỐP LÁT

I Khâu chuẩn bị nguyên

con lăn

VI khâu hoàn thành sản

trong kho

Chơng I Khảo sát lò sấy đứng trong dây chuyền gạch ốp lát

Giới thiệu khái quát dây chuyền sản xuất gạch ốp lát của nhà máy gạch ốp lát Hà Nội

Chúng ta sẽ giới thiệu các công đoạn điển hình trong dây chuyền sản xuấtgạch ốp lát Qua tham quan thực tế dây chuyền sản xuất của nhà máy gạch ốplát Hà Nội, có thể tóm tắt quy trình của dây chuyền nh trong sơ đồ 1.1

Nguyên tắc hoạt động của dây chuyền:

Các dạng nguyên vật liệu thô sau khi qua các công đoạn sơ chế và tinhchế thành dạng bột tinh (các thông số về độ ẩm, lợng nớc đã đạt yêu cầu ) sẽ đasang khâu cân và phối trộn Tại đây các nguyên vật liệu đợc phối trộn theo một

tỷ lệ nhất định tuỳ thuộc vào yêu cầu đối với sản phẩm định sản xuất Sau đó vậtliệu đã phối trộn theo ống phun đợc đa sang bộ phận tạo sản phẩm thô, bao gồmcác phần nh tạo hình dạng, sấy sơ bộ Tiếp theo là đến phần tráng men và in hoa

để tạo mẫu mã cho sản phẩm Một dây chuyền tự động có nhiệm vụ đa sảnphẩm thô đến bộ phận tạo sản phẩm tinh Bộ phận này có nhiệm vụ nung sảnphẩm với nhiệt độ cao và tinh chế chúng bằng cách mài, đánh bóng Sản phẩmsau khi qua bớc này đợc đa đến công đoạn kiểm tra, phân loại và bốc xếp.Những sản phẩm đạt chỉ tiêu về chất lợng sẽ đợc đóng gói, vận chuyển đến cáckho hàng bằng chế độ tự động hoặc bán tự động Dây chuyền sản xuất đợc tự

động hoá cao nhờ áp dụng công nghệ mới của điều khiển vào quá trình sản xuất

Trong dây chuyền sản xuất này, ở công đoạn IV, gạch sau khi đợc ép có

độ ẩm cao (6% ), để thực hiện việc tráng men và in hoa, cần phải đợc đa vào lòsấy đứng để gạch có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp (500C; 0,5% ) Dới đây chúng

ta sẽ khảo sát về lò sấy đứng

Hình 1.1: Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất sản phẩm

I.1- Mô tả các thông số kỹ thuật cơ bản và nguyên tắc điều khiển lò sấy đứng

2

1- Các thông số kỹ thuật cơ bản của lò sấy đứng

 Các thông số về kích thớc của lò:

+ Chiều rộng tác dụng của lò: 2m

+ Chiều dài tác dụng của lò: 4m

+ Chiều cao tác dụng của lò: 8m

* Dải nhiệt độ sấy của lò trong quá trình sấy: từ 200C- 1400C

* Thời gian cấp nhiệt trong quá trình sấy: 1h

* Vật liệu sấy là gạch mộc

* Yêu cầu gạch sau khi sấy phải có độ ẩm 0,5% và nhiệt độ khoảng 500C

Công suất cung cấp cho lò trong quá trình sấy :

Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lợng nhiệt 539Kcal Để sấykhô 1Kg sản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lợng 32,34Kcal Trong1h có 6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung cấp nhiệt l-ợng 205.721Kcal

Thông thờng hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phát nhiệt.Theo dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 5000C, trong khi đó nhiệt độtác nhân sấy theo yêu cầu công nghệ là 1400C Do đó để có đợc nhiệt độ tácnhân sấy theo yêu cầu đặt ra thì phải cung cấp một lợng không khí có nhiệt độbằng nhiệt độ của môi trờng (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độbuồng phát nhiệt Theo số liệu ngời ta đã tính đợc thì cần phải cung cấp một l-ợng không khí là 4000m3/ h

Vì nhiệt độ của tác nhân sấy để sấy sản phẩm trong lò sấy nhỏ nên ngời tachọn phơng pháp trao đổi nhiệt đối lu cỡng bức bằng gió nóng, chuyển động bởi

hệ thống quạt ly tâm Đây là phơng pháp thờng đợc dùng trong lò công nghiệp

Từ lu lợng gió yêu cầu (4000m3/ h ) ta chọn loại quạt N4, công suất cungcấp cho quạt là 2,2Kw (đây là loại quạt đã đợc tiêu chuẩn hoá )

2- Hoạt động của quá trình sấy

Theo hình 2-1.1 và hình 2-1.2, bên trong lò đợc chia làm hai phần chính

đối ngợc nhau và đợc nối với nhau bằng phần thứ ba, trong đó quạt VP (quạtchính ) làm việc Mỗi phần đợc chia làm ba khu vực tách rời là kênh cung cấp,kênh tuần hoàn và kênh giữa (hay kênh chính )

4

Hình 2.1:Bố trí các van bên trong lò sấy đứng

Hình2.2: Đờng đi của khí bên trong lò sấy đứng

6

Quạt VP làm việc theo kiểu ngợc dòng, hệ đờng ống chính đợc chia làmhai đờng ống tách rời Một trong hai đờng ống cung cấp khí cho buồng đốt khítrực tiếp để tạo tác nhân sấy và sau đó cung cấp cho kênh đi xuống Khí tuầnhoàn với độ ẩm cao và nhiệt độ thấp chạy qua nhánh khác của đờng ống để cungcấp khí cho kênh đối diện, ở đó vật liệu đợc đa vào Van SD đợc đặt sau quạtchính tách luồng khí từ quạt và dẫn vào một trong hai nhánh của đờng ống, (còngọi là van làm chệch hớng, nh trên hình 2-1.2 ).

Van SM trộn không khí từ buồng phát nhiệt tới và khí tuần hoàn trớc khidẫn luồng khí này tới kênh tơng ứng Các kênh này đợc trang bị các van đặc biệtkiểu lới, chúng đợc đặt theo mặt phẳng thẳng đứng Các lới này của van cónhiều hình thù đặc biệt và truyền khí theo luồng mỏng song song với các lớpgạch làm tăng sự trao đổi nhiệt và cho phép đạt hiệu quả cao nhất

Không khí sau khi qua các rọ và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt đợc hút

ra các cửa tơng ứng đặt tại phía cuối kênh dẫn rọ quay, sau đó dẫn đến quạtchính bằng kênh chính

Quạt thứ hai là VS, nhờ vào đờng ống hút đợc đặt trong lỗ hút một phầnkhí thải và định lợng nó bằng các van cửa SCS (van phụ ) chuyển tới ống dẫnkhí thải để thải đi Phần khác của lợng khí thải hút từ phía dới của lò sấy, khínày mang nhiều hơi nớc nên đợc hút hết ra ngoài qua van chính SCP đặt ở phầnchính của ống dẫn khí thải

Khí lạnh đợc bổ sung để hoà trộn vào kênh cung cấp qua cửa SEA đặt ởphía dới quạt chính

Nh vậy kênh tuần hoàn chỉ có khí nóng để làm nóng sơ bộ và sấy gạch,kênh cung cấp gồm hỗn hợp khí nóng và khí lạnh qua van cửa SVE Khí này saukhi làm mát gạch đợc hút trở về kênh chính qua van cửa cho khí lần hai vàoSVA hoặc đợc hút xuống cửa dới của ống dẫn khí thải cũng góp phần để sấygạch sơ bộ Độ mở của các van đợc xây dựng bằng thực nghiệm

I.2- Nhiệm vụ và nguyên tắc làm việc của lò sấy đứng

1- Nhiệm vụ của lò sấy đứng

Lò sấy đứng thực hiện quá trình đốt nhiên liệu dầu hoặc gas với khôngkhí để sinh ra nhiệt năng Năng lợng này dùng để sấy gạch để gạch ra có nhiệt

độ và độ ẩm thích hợp Do tính chất hấp thụ nhiệt của vật liệu mà việc cấp nhiệtphải theo một quá trình nhất định trong một khoảng thời gian nhất định đến khi

đạt yêu cầu Nói cách khác là tơng ứng với từng vị trí của lò, nhiệt độ phải thíchhợp với từng mục đích cụ thể Với toàn bộ quá trình này, ta lập ra mối quan hệ

giữa nhiệt độ theo thời gian và vị trí đợc một đờng cong gọi là đờng cong côngnghệ.

Nh vậy để khống chế nhiệt độ tại một vị trí nào đó thậm chí tại một thời

điểm nào đó, cần phải khống chế đợc nhiên liệu cung cấp để đốt Đồng thời vớiviệc cung cấp nhiên liệu cũng phải cung cấp lợng khí thích hợp, giả sử nếukhông cung cấp đủ không khí thì sẽ dẫn đến hiệu suất đốt thấp

2- Nguyên tắc làm việc của lò sấy đứng

Gạch liên tục đợc chuyển tới đầu vào của lò sấy đứng nhờ băng chuyền,chúng đợc xếp lần lợt vào các rọ, các rọ chuyển động theo thứ tự và đi tới đầu racủa lò

Việc trao đổi nhiệt cần thiết cho quá trình sấy dựa trên nguyên lý của sự

đối lu bằng khí nóng, khí chuyển động bởi hai quạt ly tâm và đợc đốt đến nhiệt

độ cần thiết bởi một buồng đốt khí trực tiếp Quá trình sấy của lò có thể đợcchia làm ba giai đoạn chính là làm nóng sơ bộ, sấy và làm ổn định:

- Làm nóng sơ bộ (200C-1400C ): Trong giai đoạn này, gạch đợc đốt nóng

từ từ bằng khí “tuần hoàn” thổi theo nhiều dòng mỏng song song với các tầnghay là các viên gạch Sau giai đoạn này gạch đợc làm nóng lên đến nhiệt độ nào

đó và giảm hơi nớc đáng kể

- Giai đoạn sấy (1400C ): Khí nóng từ mỏ đốt đợc điều chỉnh nhiệt độ và

lu lợng đi vào các rọ và sấy theo cách phù hợp Sau giai đoạn sấy, gạch đợc sấynóng đến nhiệt độ cao, độ ẩm đạt đến mức yêu cầu

- Giai đoạn làm ổn định (1400C- 500C ): Gạch sau khi đợc sấy nóng đợclàm giảm nhiệt độ từ từ đến mức yêu cầu cho tráng men nhờ hỗn hợp của khínóng và khí lạnh

3- Nguyên tắc điều khiển nguồn nhiệt

Nguồn nhiệt cho hoạt động sấy đợc lấy từ một buồng đốt Buồng này đốtdầu, có thể là gas, và không khí dới dạng hỗn hợp, tức là dầu và không khí đợcphun vào nhờ áp lực tạo ra hỗn hợp kiểu khí “mù” làm cho quá trình đốt nhanh

và đốt hết nhiên liệu Nhiệt sinh ra làm nóng không khí Không khí nóng đợc

đẩy vào kênh tuần hoàn, một phần vào kênh cung cấp Khí nóng từ các kênh này

đợc hút vào các rọ quay và trao đổi nhiệt với gạch, thực hiện quá trình sấy

Nhiệt lợng phải đợc cung cấp đủ mức cần thiết tại từng vị trí Mức này

đ-ợc tự động điều khiển nhờ bộ vi xử lý trung tâm (CPU) Tại từng vị trí của lò sấy

8

có đặt các đầu đo nhiệt độ Đầu đo cảm biến từ nhiệt thành điện, qua xử lý sốliệu rồi đa về CPU Tại đây CPU so sánh vói giá trị định trớc do ngời sử dụngyêu cầu (số liệu này đợc đa vào qua các phím điều khiển) Từ sự so sánh này,CPU đa ra tín hiệu điều khiển để đóng hay mở thêm các van dầu (hay khí gas)

để cấp nhiên liệu cho phù hợp

Chơng II

Vùng 2 Vùng 3 Vùng 1

XÂY DựNG BàI TOáN Và PHƯƠNG áN THIếT Kế Hệ THốNG

ĐIềU KHIểN NHIệT Độ Lò SấY Đứng

Từ việc khảo sát các công nghệ điển hình trong dây chuyền sản xuất gạch

ốp lát Hà Nội, nhiệm vụ tiếp theo của bản đồ án này là đa ra phơng án xây dựngbài toán và thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy đứng

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của quá trình sấy

Trong đó: t0- Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy

- Thời gian sấy

* Yêu cầu bài toán đặt ra :

- Xác định nhiệt độ của lò sấy, mà cụ thể là nhiệt độ từng vùng trong lò sấy

10

- Xây dựng các hệ điều khiển sao cho nhiệt độ mỗi vùng là ổn định với mộtnhiệt độ do yêu cầu công nghệ đặt ra.

- Xử lý các sự cố có thể xảy ra khi hệ thống đang làm việc, nh sự cố vềnguồn cung cấp, sự cố về hệ thống điều khiển

- Do một nguyên nhân nào đó mà trong quá trình chuyển động của rọ sấy

đa gạch vào lò sấy nhờ hệ thống băng xích mà hệ thống băng xích này lại bị kẹtthì phải khắc phục nh thế nào?

- Nếu khi gạch mộc đa vào mà độ ẩm vợt quá mức cho phép thì phải làmthế nào? và làm thế nào để kiểm tra đợc độ ẩm của gạch trớc khi đa vào lò sấy?

Vì trong bản đồ án này ta chỉ quan tâm đến bài toán kỹ thuật về điềukhiển nhiệt độ lò sấy đứng Cho nên có thể coi tốc độ đa gạch vào của băngtruyền và tốc độ chuyển động của băng xích đa rọ sấy vào lò là không đổi, đồngthời độ ẩm của gạch đa vào là đúng yêu cầu

Từ các yêu cầu đặt ra ở trên ta phải tìm một phơng án thích hợp để thiết

kế hệ thống điều khiển nhiệt độ đáp ứng đợc các yêu cầu đặt ra của bài toán

2.2- Phơng án giải quyết bài toán

Trớc tiên để đa ra một phơng án giải quyết bài toán ta cần quan tâm tớimột số vấn đề nh sau:

- Trong những lò nhiệt độ thấp dạng truyền nhiệt đối lu chiếm vai trò chủ yếu,vì vậy cấu trúc lò khác với lò có nhiệt độ trung bình và cao

- Trong lò nhiệt độ trung bình, vai trò truyền nhiệt đối lu không lớn lắm và khikhông có đối lu cỡng bức có thể bỏ qua

- ở các lò có nhiệt độ cao trong mọi trờng hợp phần truyền nhiệt đối lu chiếm

- Phơng pháp không tiếp xúc: Thờng sử dụng đo nhiệt độ cao Đây là

ph-ơng pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ nănglợng theo mọi hớng với khả năng lớn nhất

Việc lựa chọn phơng pháp đo và cảm biến đo phụ thuộc phần lớn vào dảinhiệt độ đo và sai số do yêu cầu công nghệ đặt ra Nh vậy từ việc mô tả cácthông số của lò, cũng nh mục đích yêu cầu của bài toán ta lựa chọn phơng pháp

đo nhiệt độ của lò bằng phơng pháp tiếp xúc với thiết bị đo là cặp nhiệt điện

Phơng pháp đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện hiện nay trong côngnghiệp là rất phổ biến

+ Nguyên lý của cặp nhiệt điện là dựa trên hiện tợng nhiệt điện, tức là nếuhai dây dẫn có bản chất khác nhau đợc nối với nhau ở hai đầu và nếu nhiệt độhai dây dẫn này là khác nhau thì trong vòng dây dẫn sẽ xuất hiện dòng điện và

đợc gọi là dòng nhiệt điện

+ Cấu tạo của cặp nhiệt điện gồm hai dây hàn với nhau ở một đầu và đợcluồn vào ống để có thể đo đợc nhiệt độ cao hơn, với nhiệt độ thấp hơn, vỏ nhiệt

điện có thể làm bằng thép không rỉ Để cách điện giữa hai dây, một trong haidây đợc luồn vào ống sứ nhỏ Nếu vỏ bằng kim loại cả hai đều đợc đặt trongống sứ

Tuy nhiên khi đo sức điện động nhiệt điện bằng miliVônmet sẽ gây sai

số, do đó để khắc phục sai số ngời ta thờng sử dụng mạch cầu để bù Sơ đồ códạng nh hình 2.2

R

E I







Rdc- Điện trở của miliVônmet

Điện áp rơi trên miliVonmet sẽ là:

Các cặp nhiệt điện tiêu chuẩn:

* Cặp nhiệt điện Crômen- Copen (XK):

- Cặp nhiệt điện này có dây dơng là Cromen: là hợp kim 89% Niken +9,8% Crom + 1% Fe + 0,2% Mn

- Dây âm là Copen: là hợp kim (53 54)% Cu + (47 46)% Ni

- Có đặc tuyến tơng đối phi tuyến

Nếu nhiệt độ thay đổi từ 0 1000C thì  = 0,069 mV/ 10C còn nếu thay

đổi từ 500 6000C thì  = 0,082 mV/ 10C

Giới hạn đo:

+ Nếu nhiệt độ đo ngắn hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 8000C

+ Nếu nhiệt độ đo dài hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 6000C

ở đây dây đẫn bù của Cromen- Copen đợc chế tạo bằng chính bản thânnhiệt điện Cromen- Copen

* Cặp nhiệt điện Cromen- Alumen (XA)

- Cặp nhiệt điện này có dây dơng là Cromen

- Dây âm là Alumen: Là hợp kim có 90% Ni+ 2% Al+ 2,5% Mn+ 1% Si+0,5% Fe

- Đặc tuyến có thể xem là tuyến tính

- Giới hạn đo:

+ Đo ngắn hạn: Nhiệt độ cực đại tmax= 13000C

+ Đo dài hạn nhiệt độ cực đại tmax= 11000C

ở đây dây dẫn bù có hai loại là :

+ Một loại thờng đợc chế tạo từ bản thân Cromen và Alumen

dc d T

dc T

d

R R R

R E R R I E

+ Một loại khác dây dơng là đồng và dây âm là Constantan( là hợp kim chứa60% Cu+ 40% Ni)

* Cặp nhiệt điện Platinorodo- Platin ( , Pt Rh)

- Cặp nhiệt này có dây dơng là hợp kim chứa 90% Pt + 10% Rh

Dây âm chứa 100% Pt

- Đặc tuyến là phi tuyến

- Độ nhạy:

+ Nếu đo trong khoảng nhiệt độ từ 01000C thì  = 0,0064 mV/ 10C

+ Nếu đo nhiệt độ trong khoảng 900 10000C thì  = 0,01 mV/ 10C

- Giới hạn đo :

+ Đo ngắn hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 8000C

+ Đo dài hạn thì nhiệt độ cực đại tmax= 8000C

ở đây sử dụng dây đẫn bù với dây dơng là đồng nguyên chất, dây âm là hợp kim với 99,4% Cu+ 0,6% Ni

Trong bản đồ án này do nhiệt độ lò không cao khoảng 5000C, và yêu cầu của bài toán đặt ra là độ chính xác không cao và tuổi thọ của thiết bị nên ở đây

ta chọn loại cặp nhiệt là Cromen- Alumen

2.3.2- Phơng pháp điều khiển nhiệt độ lò:

Nh phần trên ta đã trình bày, nguồn nhiệt cung cấp cho hoạt độngsấy ở đây đợc lấy từ một buồng đốt Buồng đốt này đốt gas và không khí dớidạng hỗn hợp, gas đợc lấy từ bể chứa gas sau khi qua các van điều áp đợc đa tới

mỏ đốt Nhiệt sinh ra làm nóng không khí Không khí nóng đợc đẩy vào kênhtuần hoàn, một phần vào kênh cung cấp Khí nóng từ các kênh này đợc hút vàocác rọ quay và trao đổi nhiệt với gạch, thực hiện quá trình sấy

Biểu đồ chỉ thị nhiệt độ giúp nhà công nghệ nắm đợc quá trình sấy và cóthể chủ động điều chỉnh đợc quá trình này( thay đổi nhiệt độ ở các vùng bằngcách thay đổi độ mở các van tơng ứng) sao cho phù hợp với mục đích sấy Saukhi điều chỉnh độ mở các van đã hợp lý, việc điều chỉnh nhiệt độ đến mức yêucầu sẽ đợc điều chỉnh tự động nhờ CPU

ở đây CPU căn cứ vào nhiệt độ đặt: WORK SET POINT( Tw) và STOPSET POINT( Ts) để so sánh với nhiệt độ khí buồng đốt T0( BURNER AIR).Trong CPU sẽ luôn so sánh T0 và Tw để cung cấp đầu và khí cho quá trình đốt.Thực chất là quay CAM để đóng mở đờng dầu hồi và van không khí Nếu quá

14

Main

ON/ OFF CONTROLLED

ON/ OFF CONTROL

Temperature

ADC IN

MICRO- COMPUTER

Data bus

MAINS- DEMO BOX

From mainHEATER

trình này bất thờng nhiệt độ tăng quá hoặc giảm đến nhiệt độ Ts thì CPU chodừng buồng đốt

Việc đốt và quá trình điều chỉnh tại một điểm đợc trình bày bằng các hìnhdới đây:

Hình 2.3- Quá trình đốt và điều chỉnh nhiệt độ tại một điểm

rơle= on rơle= off

T= in 21h

cmp t, t1+ w

cmp t, t1- w

KĐ Lọc thông KĐ đệm

KĐ

Lọc thông

Vùng 1

Vùng 2Vùng 3

CT

Phím

Hình 2.5: Sơ đồ thống điều khiển nhiệt độ lò

Theo nh sơ đồ trên ta thấy trên các vùng của lò sấy có đặt các đầu đonhiệt độ, các đầu đo này đợc nối với khối xử lý trung tâm và chỉ thị trên mànhình

Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ thu nhận các tín hiệu đo từ cặp nhiệt tạicác vị trí khác nhau trên lò, các tín hiệu này sau khi qua bộ biến đổi A/ D đợc đa

về bộ điều khiển, tại đây bộ điều khiển có nhiệm vụ tính toán, so sánh và đa ratín hiệu điều khiển phù hợp cho quá trình sấy, thực chất là đóng mở Rơle để

đóng mở các van tơng ứng Căn cứ vào các yêu cầu, chỉ tiêu, nhiệm vụ cụ thể

mà ta rút ra các phơng án thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ khác nhau chotừng hệ thống thực tế nào đó

Nh vậy để đạt đợc số chỉ nhiệt độ tại các điểm đo có hai yếu tố:

+ Nguồn nhiệt phải đủ mức cần thiết Mức này đợc tự động điều chỉnh nhờ bộ

- Tín hiệu xử lý là tín hiệu số nên có độ chính xác cao.

- Việc tính toán nhiệt độ đợc thực hiện bằng phần mềm nên có tính linh hoạt

- Bộ vi xử lí này thuận tiện cho các hệ thống vừa và nhỏ

18

+ Module điều khiển trung tâm của hệ thống.

+ Module thu nhận và xử lý tín hiệu từ cặp nhiệt điện

+ Module chỉ thị và phím điều khiển hệ thống, chơng trình đang chạy có thể chodừng lại bởi một sự cố, một nguồn ngắt ( ngắt cứng hay ngắt mềm)

+ Module cung cấp nguồn cho hệ thống

Trớc khi đi vào thiết kế cụ thể từng phần, chúng ta tiến hành giới thiệumột số thiết bị chính sử dụng trong hệ thống

ở đây ta chỉ thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy, do đó ta chỉgiới thiệu về một số thiết bị chính mà ta cần quan tâm

3-1- Giới thiệu về vi xử lí sử dụng trong mạch.

A- Vi xử lí 80C31

1- Giới thiệu chung về bộ vi xử lí 80C31.

Họ vi xử lý MCS- 51 là họ vi xử lý điển hình đợc đa ra bởi hãng INTEltrong đó thì bộ vi xử lý 8051 lại là đại diện tiêu biểu nhất Bên cạnh nhữngthông số chung của họ vi xử lý MCS- 51 thì bộ vi xử lý 8051 có bộ nhớ chơngtrình (ROM) tơng đối lớn, đến 4K byte, đợc tích hợp ngay trên chip, và do đó cóthể hình thành trọn vẹn một máy tính Bộ nhớ ROM bên trong của 8051/52 và8751/52 khi chế tạo cũng nh khi lập trình đều cho phép bảo vệ chống đọc ra

- Bộ vi xử lý 80C51 là bộ điều khiển 8 bit có bộ nhớ chơng trình và bộnhớ dữ liệu riêng biệt, có thể mở rộng tới 64Kbyte bộ nhớ chơng trình và 64Kbyte bộ nhớ dữ liệu

- Bộ vi xử lý 8031 thực chất cũng là bộ vi xử lý 8051 đợc chế taọ theocông nghệ CMOS nhng nó không có bộ nhớ ROM bên trong, do đó để 8031 cóthể làm việc ta phải đấu thêm một bộ nhớ ROM bên ngoài

Các đặc trung cơ bản của MCS- 51 cũng nh của 8031 (8051)

- Đơn vị xử lý trung tâm 8 bit đã đợc tối u hoá để đáp ứng các chức năng điềukhiển

- Khối logic xử lý theo bit thuận tiện cho việc thực hiện các phép toán dạngBoole.

- Bộ tạo dao động giữ nhịp bên trong (đến 12MHz)

- Tập lệnh rất phong phú

- Giao diện nối tiếp có khả năng hoạt động song công, đồng bộ (UART) có thể

đợc tính địa chỉ một cách riêng biệt

- Có 16 (32) đờng dẫn vào/ ra hai hớng và từng đờng dẫn có thể đợc định địachỉ một cách riêng biệt

- Có năm nguồn ngắt với hai mức u tiên

- Dung lợng của bộ nhớ dữ liệu RAM bên ngoài có thể lên đến 64 Kbyte

- Dung lợng của bộ nhớ chơng trình ROM bên ngoài có thể lên đến 64 Kbyte

- Dung lợng bộ nhớ RAM trong là 128 byte

- Hai bộ đếm định thời timer/ counter 16 bit

- Bus và khối định thời tơng thích với các khối ngoại vi cho bộ vi xử lý kháccủa hãng nh 8085/ 8088

- Một cổng truyền tuần tự

- Bốn cổng vào ra song song đa năng

- Bên cạnh bộ nhớ RAM trong 8031 còn có vùng chứa các thanh ghi có chứcnăng đặc biệt (SFR) đợc tích hợp ngay trên chip cũng có dung lợng bộ nhớ bằngdung lợng bộ nhớ của RAM

- Mặc dù vậy các thanh ghi đặc biệt cũng bao gồm cả thanh ghi A(acccumulator), thanh ghi phụ B, và thanh ghi từ trạng thái chơng trình ProgramStatus Word (PSW)

Nh vậy ở đây chúng ta thấy việc phân chia độc lập hai khối bộ nhớ chơngtrình và bộ nhớ dữ liệu là sử dụng cấu trúc Harvard

2-Cấu trúc của bộ vi xử lý 80C31.

 Sơ đồ cấu trúc của bộ vi xử lý 8031.

CPU( Central Processing Unit): là đơn vị xử lý quan trọng nhất của bộ vi xử

lý bao gồm các thành phần sau:

- Thanh ghi tích lũy A( accumulator)

- Thanh ghi phụ B dùng cho phép nhân và phép chia

- Đơn vị số học ALU( Arithmetic Logic Unit)

- Thanh ghi từ trạng thái chơng trình PSW( Program Status Word)

- Bốn băng thanh ghi

20

- Con trỏ ngăn xếp SP( Stack Pointer) cũng nh con trỏ dữ liệu để định địa chỉcho bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.

Ngoài ra ở đây còn có: bộ đếm chơng trình PC (Program Counter), bộ giảimã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic

Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ tạo dao động đợclắp thêm vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động bằng vật liệu gốmhoặc một bộ cộng hởng bằng thạch anh Ngoài ra còn có khả năng đa một tínhiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào

Chơng trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối logic ngắt ở bêntrong Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm/ địnhthời (do cờ tràn đợc đặt lên) hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp

FF 00 7F 00

Mở rộng trong 8032

Các ngắt ngoài

Các sự kiện cần đếm

Nguồn ngắt trong

Đ/c thấp Đ/c /Dữ liệu cao

Sơ đồ cấu trúc của một bộ vi điều khiển 8 bit

Bộ vi xử lý 8051/8052 còn có một bộ nhớ chơng trình bên trong với dunglợng 4/ 8 Kbyte trong khi bộ vi xử lý của 8031/8032 lại nhận đợc chơng trình

điều hành của nó từ một bộ nhớ chơng trình bên ngoài Bộ vi xử lý tiêu chuẩn có

128 byte RAM bên trong để có thể xắp xếp các dữ liệu và thông tin điều khiển

ở bộ vi xử lý 8032/ 52, bộ nhớ này đã đợc mở rộng lên đến 256 byte

Các bộ vi xử lý 8031/ 51 còn chứa hai bộ định thời (timer/ counter ) 16bit, chúng cũng có thể đợc sử dụng nh là một bộ đếm các sự kiện, trong khi ởcác bộ vi xử lý 8032/ 52 lại có thêm một bộ định thời thứ ba Bộ này có thể sử

22

dụng trong các chế độ hoạt động khác nhau tuỳ theo cách lựa chọn trong phầnmềm Chính vì vậy mà các bộ vi xử lý này đợc sử dụng một cách rất đa năng

Theo nh sơ đồ trên thì ta thấy họ các MCS- 51 có bốn cổng song song 8bit, hoạt động độc lập với nhau ở các bộ vi xử lý 8051/52, các cổng này có thể

đợc sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng

Khi các bộ vi xử lý 8031/32 làm việc với bộ nhớ chơng trình ở bên ngoài,cổng P0 dùng để truyền nửa dới của các địa chỉ nhớ đợc sử dụng giống nh dùngcho các dữ liệu 8 bit (địa chỉ dữ liệu thấp) Sau đó, qua cổng P2 sẽ diễn ra quátrình xuất ra nửa trên của các địa chỉ 8 bit( địa chỉ dữ liệu cao) Cổng P1 và P3

có chứa mỗi cổng vào/ ra 8 bit có thể sử dụng đợc cho những mục đích điềukhiển khác nhau ở cổng P3 còn có thêm các đờng dẫn điều khiển dùng choviệc trao đổi dữ liệu với bên ngoài, để đấu nối giao điện nối tiếp cũng nh các đ-ờng dẫn ngắt bên ngoài

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ,làm việc độc lập với nhau Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, ta có thểhình thành một cổng nối tiếp RS- 232 đơn giản Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp

có thể đặt đợc trong một vùng rộng và đợc ấn định bằng một bộ định thời

Dới đây là sơ đồ bố trí chân linh kiện của bộ vi xử lý 8031( 8051)

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí chân linh kiện vi xử lí 8031

Giải thích sơ đồ chân linh kiện:

lu trữ trung gian các địa chỉ

External Access; Khi đợc nối với mass là để làm việcvới ROM bên ngoài

40 Vcc Nguồn nuôi dơng, +5V

Lối vào / EA (chân 31) đóng vai trò quyết định xem liệu bộ vi xử lý làmviệc với bộ nhớ chơng trình bên trong hay bên ngoài ở loại không có bộ nhớROM, chân này phải đợc nối với mass Loại thông thờng có thể làm việc tuỳtheo cách lựa chọn với ROM bên trong hay bên ngoài Khi đang ở chế độ làm

24

7F 30

80 bytes of RAM (“scratch pad”)

16 bytes of bit- addressable RAM

Bank 3 Bank 2 Bank 1 Bank 0

việc với bộ nhớ ROM trong, loại có chứa bộ nhớ ROM có thể truy nhập tự độnglên bộ nhớ chơng trình bên ngoài

Theo nh sơ đồ trên ta thấy bộ nhớ RAM trong có 128 byte, trong đó:

32 byte đầu tiên đợc chia thành bốn dải thanh ghi, mỗi dải thanh ghi gồm

8 thanh ghi riêng biệt đợc đánh số từ R0 đến R7 Bốn dải thanh ghi này đợc

đánh địa chỉ từ 00 H đến FF H Sau một lần đặt lại (reset ), ngăn xếp bắt đầu ở địachỉ 08 và tăng dần lên phía trên với mỗi lần gọi chơng trình con Để có thể sửdụng các thanh ghi cao hơn, con trỏ ngăn xếp phải đợc đặt lên một giá trị thíchhợp ở chỗ bắt đầu của một chơng trình

16 byte tiếp theo thuộc vùng địa chỉ có thể truy nhập tới từng bit đợc đánh

b- Các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR ( Special Function Registers)

rate Baud

Các thanh ghi này nằm phía trên của vùng địa chỉ RAM trong có giá trị

từ 80h đến FFh, vùng này có tổng số 41 thanh ghi nhng trong đó có 15 thanhghi là có thể đợc truy nhập tới từng bit

Các thanh ghi có chức năng đặc biệt bao gồm các thanh ghi điều khiển vàcác thanh ghi số liệu Những chức năng có sẵn trên chip nh: bộ Timers, cổngtruyền tuần tự, và hệ thống ngắt interrupt, có một hay nhiều vùng dành cho cácthanh ghi đặc biệt SFRs Ví dụ nh cổng nối tiếp đợc điều khiển bằng thanh ghiSCON Trong khi đó số liệu thu thập đợc đọc ra hay ghi vào bằng thanh ghiSBUF Những bit đặc biệt của thanh ghi SCON đặt những mode khác nhau củacổng nối tiếp Thanh ghi SCON đợc coi nh là thanh ghi điều khiển trong khi đóSBUF đợc gọi là thanh ghi số liệu

Những thanh ghi đặc biệt SFRs: DPTR, DPL, DPH, PCON, TMOD,TL0,TL1, TH0, TH1, và SBUF thì chỉ có thể đợc truy nhập tới từng byte, điềunày nói lên rằng chúng chỉ có thể đợc đọc, viết và so sánh đầy đủ theo byte

Còn lại các thanh ghi đặc biệt khác nh Acc, B, PSW, P0, P1, P2, P3, IE,

IP, SCON, và TCON đợc truy nhập tới từng bit địa chỉ

Điều này có nghĩa là những bit riêng biệt có thể đợc đọc ra, viết vào và sosánh

Nh vậy! RAM chia làm hai khối, mỗi khối có 128 byte:

+ Khối có địa chỉ thấp nằm trong khoảng từ 00 đến 7Fh có thể truy nhập bằngcách truy nhập trực tiếp tới từng địa chỉ hoặc bằng cách gián tiếp tới từng địa chỉthông qua thanh ghi

+ Khối có địa chỉ cao nằm trong khoảng từ 80h đến FFh cũng có 128 byte vàchỉ có thể truy nhập gián tiếp tới từng bit địa chỉ thông qua thanh ghi

Cổng nối tiếp

Cổng nối tiếp đợc điều khiển bởi thanh ghi SFR SCON (Serial PortControl) Số liệu truyền và nhận từ cổng nối tiếp đợc chọn kênh thông qua thanhghi SBUF

Thanh ghi SBUF đợc chia làm hai phần: Một dùng để truyền đi và một đểnhận Truyền nối tiếp và nhận nối tiếp có thể đợc thực hiện đồng thời Trong đóthông tin truyền nối tiếp đợc coi nh là hoạt động song song hai chiều cùng mộtlúc

Tốc độ truyền đợc tính bằng công thức sau:

26

- TI (bit 1): Transmit Interrupt Flag; Đợc đặt bằng phần cứng khi kết thúc quátrình truyền tín hiệu nối tiếp, và phải đợc xoá bằng phần mềm( dựng cờ TI khikết thúc bit thứ 8 trong mode 0 hay tại thời điểm bắt đầu của bit Stop trongnhững mode khác.

- RB8 ( bit 2): Receive Bit 8; Bản thân nó phụ thuộc vào mode đang hoạt

động

Trong mode 2 và 3 nó là bit thứ 9 của dữ liệu đợc nhận, bit cuối cùng đợc

đa vào RB8 Trong mode 1 nếu SM2= 0 thì bit thứ 8 là bit Stop đợc đa vào RB8

- TB8 (bit 3): Transmit Bit 8; Bit dữ liêụ thứ 9 đợc truyền trong mode 2 và 3,

đợc đặt và xoá bằng phần mềm

- REN ( bit 4): Receive Enable; Bit cho phép truyền tuần tự đợc đặt bởi phầnmềm nhận tín hiệu truyền tuần tự sẽ bị ngừng lại khi bit REN bị xoá bằng phầnmềm

- SM2 (bit 5): Serial Mode; Dùng cho việc kết nối nhiều vi xử lý với nhau đặcbiệt là trong mode 2 và 3 Trong mode 2và 3 RI sẽ không đợc tích cực nếu bitthứ 9 nhận đợc(RB8 ) là bằng 0 Trong mode 1 và SM2= 0, RI sẽ không tích cựcnếu một bit Stop có giá trị bằng 0, trong mode 0 SM2 sẽ có giá trị bằng 0

- SM0, SM1 ( bit 6 và 7 ): Là hai bit lựa chọn các mode hoạt động, đợc chỉ rõtrong bảng dới đây:

SM0 SM1 Mode Operation Baud rate

0 0 0 Shift Register Fosc/ 12

0 1 1 8 bit UART Variable (xác định qua Timer 1)

1 0 2 8bit UART (1/ 32 hoặc 1/ 64) Fosc

1 1 3 9 bit UART Variable (xác định qua Timer 1)+ Mode 0: Dùng để điều khiển các cổng vào/ ra tuần tự, đơn giản nh mộtthanh ghi dịch với tốc độ dịch bằng một chu kỳ máy hay bằng (1/ 12) tần sốthạch anh

+ Mode 1: Dùng cho Timer1 để phát tốc độ truyền và nhận 8 bit dữ liệu + Mode 2: Thực hiện một cổng truyền tuần tự 9 bit với tốc độ truyền bằng1/32 hoặc 1/ 64 tần số của thạch anh

+ Mode 3: Thực hiện một cổng truyền tuần tự với tốc độ có thể đặt đợc nhờTimer 1

*) Thanh ghi từ trạng thái ch ơng trình PSW( Program Status Word); Có địa

chỉ là 0D0h, làm việc theo từng bit cho phép chọn bốn dải thanh ghi

Bảng dới đây đa ra các chức năng của từng bit tơng ứng trong thanh ghi PSW:

AC Auxiliary carry flag ( for BCD operations)

F0 General purpose user flag

RS1 RS0 Register bank select control bits

0 0 Bank 0 selected, data address 00H- 07H

0 1 Bank 1 selected, data address 08 H- 0F H

1 0 Bank 2 selected, data address 10 H- 17 H

1 1 Bank 3 selected, data address 18 H- 1F H

F1 General purpose userflag

28

*) Thanh ghi điều khiển nguồn PCON( Power Control Register); Có địa chỉ

*) Thanh ghi cho phép ngắt IE( Interrupt Enable Register); Thanh ghi này có

thể làm việc theo địa chỉ từng bit, với mục đích cho phép ngắt nào đợc phép làmviệc Nếu bit bằng 0 thì vector ngắt tơng ứng sẽ không đợc phép và ngợc lại

- EA: Enable All Nếu EA= 0 thì không có vector ngắt nào đợc phép hoạt

động Khi EA= 1 thì mỗi một nguồn ngắt đợc phép hay không đợc phép tuỳthuộc vào bit tơng ứng trong thanh ghi đợc đặt hay xoá

- ET2: Enable or Disable the Timer 2 Overflow

- ES: Enable Serial Port Interrupt Đợc đặt bởi phần mềm để cho phép ngắt 0ngoài, phải xoá bằng phần cứng

- ET1: Enable Timer/ Counter Interrupt 1 Đợc đặt bởi phần mềm để cho phépTimer/ Counter 1 ngắt khi tràn, phải đợc xoá bằng phần cứng

- EX1: Enable External Interrupt 1 Đợc đặt bởi phần mềm cho phép ngắtngoài 1, phải đợc xoá bằng phần cứng

- ET0: Enable Timer/ Counter Interrupt 0 Đợc đặt bởi phần mềm để cho phépngắt ngoài 0 khi tràn, phải đợc xoá bằng phần cứng

- EX0: Enable External Interrupt 0 Đợc đặt bởi phần mềm để cho phép ngắtngoài 0, phải đợc xoá bằng phần cứng

*) Thanh ghi u tiên ngắt IP( Interrupt Prioty Register); Cho phép ngắt u tiên ở

mức cao và mức thấp đối với năm nguồn ngắt

- PT0: Ngắt Timer 0 ở mức u tiên.

- PX0: Ngắt ngoài 0 ở mức u tiên

Bên trong bộ vi xử lý 8051 có hai bộ định thời Timer/ Counter 16 bit Mỗi

bộ có hai thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR là:

*) Thanh ghi điều khiển Timer/ Counter TCON:( Timer/ Counter Control Register)

Có thể làm việc tới từng bit địa chỉ, nó dùng để điều khiển hoạt động củaTimer/ Counter

- TF1: Timer 1 Overflow Flag; Cờ tràn Timer 1 Đợc đặt bằng phần cứng khiTimer/ Counter tràn Bị xoá bằng phần cứng khi bộ vi xử lý phát ra vectorthực hiện dịch vụ ngắt

- TR1: Timer 1 run control bit Đợc đặt xoá bằng phần mềm để bật tắt Timer/Counter 1 ON/ OFF

- TF0: Timer 0 overflow flag Đợc đặt bằng phần cứng khi Timer/ Counter 0tràn, phải đợc xoá bằng phần cứng khi bộ vi xử lý phát vector thực hiện dịch vụngắt

- TR0: Timer 0 run control bit Đợc đặt xoá bằng phần mềm để bật tắt Timer/Counter 0 ON/ OFF

- IE1: Intertupt 1 Edge Flag Đợc đặt bởi phần cứng khi mà sờn ngắt ngoài đợcghi nhận Đợc xoá khi lệnh RETI đợc thực hiện

- IT1: Interrupt 1 Type Phục vụ cho ngắt ngoài số một

+ Nếu IT1= 1: Nó quy định ngắt theo sờn xuống

+ Nếu IT1= 0: Tơng ứng với việc xuất hiện một xung thấp thì có yêu cầungắt

- IE0: Interrupt 0 Edge Flag Đợc đặt bởi phần cứng khi mà một sờn ngắtngoài đợc phát hiện Đợc xoá khi lệnh RETI đợc thực hiện

- IT0: Interrupt 0 Type Đợc đặt/ xoá bằng phần mềm để chỉ rõ ngắt ngoài theosờn hay theo mức

30

*) Thanh ghi điều khiển chế độ Timer/ Counter TMOD( Timer/ Counter 0/ 1 Mode control register)

Timer/ Counter 1 Timer/ Counter 0

- GATE: Khi mà TRx (trong TCON) đợc đặt và GATE= 1 thì Timer/ Counter

sẽ hoạt động khi chân INTx ở mức cao Khi GATE= 0 Timer/ Counter sẽ hoạt

động khi TRx= 1

- C/ T: Chọn mode hoạt động là Timer hay Counter

+ Nếu C/ T= 0- Chế độ hoạt động là Timer

+ Nếu C/ T= 1- Chế độ hoạt động là Counter

- M1, M0- Dùng để quy định chế độ làm việc cho các Timer

0 1 1 16 bit Timer/ Counter

1 0 2 8 bit Timer/ Counter Auto- reload

Timer 0 hoạt động nh là hai bộ Timer 8 bit TL0,

TH0 Timer/ Counter 1 stops

c- Các cổng vào ra song song

Theo nh sơ đồ hình vẽ ta thấy bộ vi xử lý 8031 ( 8032) có 4 cổng vào rasong song Khi một cổng đợc sử dụng nh một cổng ra, dữ liệu đợc đa vào thanhghi SFR tơng ứng, và giá trị của một cổng bị thay đổi khi một giá trị mới đợcchốt

Khi một cổng đợc sử dụng nh một cổng vào, thì giá trị FFh phải đợc ghivào cổng, sau đó bất cứ đầu nào mà đa điện áp của chân đó xuống mức thấp sẽ

đợc coi nh bằng 0, và sau đó cổng đó có thể đợc đọc dữ liệu ra từ các thanh ghiSFR tơng ứng

Mặc dù tất cả các lệnh đọc giá trị từ các chân tơng ứng của cổng, nhngmột số lệnh đọc thì đợc ngầm hiểu là đọc giá trị của các cổng chốt Loại lệnh

này đợc gọi là read- modify- write tức là đọc dữ liệu từ cổng sau đó thực hiện theo yêu cầu của câu lệnh, đợc kết quả thì ghi kết quả đó trở lại cổng.

Các cổng 0, 2, và 3 có những chức năng thay đổi, các chân riêng rẽ củanhững cổng này có thể đợc sử dụng nh các đầu vào/ ra số chung hoặc có thể đợc

sử dụng chức năng thứ hai là:

- Các cổng 0 và 2 đợc sử dụng để giao tiếp với bộ nhớ ngoài

- Khi bộ nhớ chơng trình hoặc dữ liệu đợc truy nhập, cổng 2 ( P2) sẽ đa ranhững byte cao của địa chỉ 16 bit cổng 0 ( P0) đa ra những byte thấp của 16 bit

địa chỉ, sau đó thì gửi hoặc nhận byte dữ liệu Những byte địa chỉ thấp phải đợcchốt khi truy nhập bộ nhớ ngoài Bộ vi xử lý sẽ phát một địa chỉ giá trị bằngcách làm tích cực chân ALE, chân này đợc sử dụng để chốt địa chỉ byte thấp.Chức năng của cổng 3 ( P3) gồm những chân đặt tín hiệu ngắt, đầu vàoTimer,các cổng vào/ ra tuần tự, và tín hiệu điều khiển khi có giao diện với bộnhớ ngoài, điều này sẽ đợc mô tả bằng bảng dới đây:

Bit Alternate Function Mnemonic/ Designation

4 Timer/ Counter 0 External Input T0

5 Timer/ Counter 1 External Input T1

6 External Memory Write Strobe WR#

7 External Memory Read Strobe RD#

Để thực hiện các chức năng thay đổi nh bảng trên trình bày thì các bit

t-ơng ứng của thanh ghi SFR phải đợc đặt lên bằng 1

Các ngắt của 80C31

Bộ vi xử lý 80C31 có năm nguồn ngắt: TF0, TF1, INT0, INT1, và ngắtcổng nối tiếp TF0, TF1 của thanh ghi TCON tạo ra hai ngắt Timer/ Counter,chúng đợc phát ra khi bộ đếm đếm tràn INT0, INT1 là hai nguồn ngắt ngoài.Các ngắt này xuất hiện khi có tín hiệu ngoài yêu cầu ngắt nối qua bit 2 và 3 củacổng 3 (P3) Vector ngắt điều khiển phần cứng có thể thực hiện để đáp ứng mỗimột sờn xuống của tín hiệu ngoài hoặc mức thấp của tín hiệu ngoài Sự lựa chọn

đó quyết định bởi bit điều khiển IT0 và IT1 của thanh ghi đặc biệt TCON

32

Có hai thanh ghi đặc biệt kết hợp với ngắt điều khiển là thanh ghi chophép ngắt IE và thanh ghi u tiên ngắt IP Khi mà hai nguồn ngắt đợc thực hiệnvới hai mức u tiên nh nhau thì sự u tiên đợc quyết định bởi thứ tự từ trên xuốngtheo nh bảng dới đây:

Interrupt Service Routine Address Default Priority

a- Chế độ địa chỉ hằng số tức thì (The Immediate Addressing Mode)

Trong chế độ địa chỉ này, giá trị hằng số có thể là ở sau mã thao tác trong bộnhớ chơng trình

Ví dụ: mov a, # 100; a= 100

b- Chế độ địa chỉ trực tiếp (The Direct Addressing Mode)

Trong chế độ này toán hạng đợc xác định bởi một trờng địa chỉ 8 bit địachỉ trong lệnh, toán hạng trong chế độ này có thể là các thanh ghi đặc biệt SFRhoặc là bộ nhớ dữ liệu trong

Ví dụ mov a, 70h; đa nội dung thanh ghi có địa chỉ 70h vào a

c- Chế độ địa chỉ thanh ghi (The Register Addressing Mode)

Các băng thanh ghi có chứa các thanh ghi từ R0 đến R7 có thể truy nhậpbằng các lệnh nhất định mà chúng đợc chỉ định thông qua một thanh ghi Theocách này có khả năng là mã lệnh, vì chế độ này đa ra một byte địa chỉ Khi thựchiện lệnh một trong 8 thanh ghi ở băng đợc chọn để truy nhập đến

Việc lựa chọn dải băng thanh ghi là do hai bit trong thanh ghi PSW

Vi dụ: mov PSW, # 0 ; chọn băng 0

Mov R0, # 2 ; đa hằng số 2 vào thanh ghi R0

d- Chế độ địa chỉ thanh ghi chức năng (The Register- Specific Addressing Mode )

Một số lệnh đợc xác định bởi một thanh ghi nhất định Một số lệnh luônlàm việc với thanh ghi ACC hoặc con trỏ lệnh Vì vậy không có byte địa chỉ cầnthiết để trỏ tới nó Mã lệnh của chính nó làm việc đó

Ví dụ: mov a, # 1 ; a= 1

Mov 0E0h, # 1 ; chuyển 1 vào SFR có địa chỉ E0h

e- Chế độ địa chỉ gián tiếp qua thanh ghi (The Register Indirect Addressing Mode)

Trong chế độ này lệnh xác định một thanh ghi chứa địa chỉ của toánhạng, cả RAM trong và RAM ngoài đều có thể là địa chỉ gián tiếp thanh ghi.Thanh ghi 8 bit có thể là R0, R1 của băng thanh ghi đợc chọn, hoặc con trỏngăn xếp Thanh ghi địa chỉ 16 bit chỉ có thể là thanh ghi con trỏ số hiệu 16 bit

là DPTR

Ví dụ mov PSW, # 0 ; chọn băng ghi 0

mov R0, 90hmov @ R0, # 1Hoặc mov a, # 1

mov DPTR, # 900hmov @ DPTR, Amov DPTR, # 9001hmov a, @ DPTR

f- Chế độ địa chỉ chỉ số thanh ghi (The Register Indexed Addressing Mode)

Trong chế độ này chỉ có bộ nhớ chơng trình là có thể truy nhập, nó chỉ cóthể đọc đợc Chế độ địa chỉ này đợc xác định sẵn cho các bảng look- up để đọctrong bộ nhớ chơng trình một thanh ghi cơ sở 16 bit, hoặc DPTR, hoặc bộ đếmchơng trình (PC) trỏ tới đoạn cơ sở của bảng, và ACC đợc xây dựng với số đavào bảng

Ví dụ mov DPTR, 8100h ; địa chỉ cơ sở của bảng

mov a, # 0 ; gán giá trị 0 cho amov a, @ a+ DPTR

B- Chức năng hoạt động của bộ vi xử lí 8031

34

Trong module điều khiển trung tâm của hệ thống điều khiển nhiệt độ thì vi

xử lý 8031 có chức năng điều khiển toàn bộ hệ thống theo chơng trình định sẵn

do ngời điều khiển, kết hợp với các mạch điều khiển logic, mạch giải mã, cácmạch giao diện và bộ nhớ chơng trình của vi xử lý 8031 nh sau:

+ Thu nhận tín hiệu nhiệt độ từ các module thu nhận ( tín hiệu đợc lấy từ

đầu đo là các cặp nhiệt điện) Tín hiệu đợc đa vào vi xử lý để xử lý và cất vàovùng đệm

+ Đa giá trị đo đợc hiển thị ra LED để cho ngời điều hành biết để cónhững tác động thích hợp

+ Giá trị đo đợc đem so sánh với giá trị đặt trớc theo yêu cầu để đa ra giátrị điều khiển thông qua cơ cấu điều chỉnh Tín hiệu điều khiển phụ thuộc vàogiá trị sai lệch giữa giá trị đo đợc với giá trị đặt

+ Kiểm tra các thông số trạng thái làm việc của hệ thống bao gồm trạngthái kết thúc chu trình làm việc và trạng thái sự cố nh khi nhiệt độ vợt quá mứcthấp so với mức quy định khi đó có thể đa ra tín hiệu báo động, và có thể dừng

hệ thống nếu cần

C- Bộ nhớ ch ơng trình ngoài ( EPROM)

Bộ nhớ chơng trình ngoài EPROM ( Erasable Programable Read OnlyMemory) có chức năng chứa chơng trình điều khiển của hệ thống điều khiểnnhiệt độ của lò sấy đợc viết bằng ngôn ngữ Assembler của 8031 Chơng trình đ-

ợc viết trên máy tính sau đó đợc nạp vào EPROM thông qua thiết bị nạp ROM.Chơng trình có thể bị xoá bằng tia cực tím sau đó có thể nạp lại ch ơng trìnhkhác Do đó việc sử dụng EPROM có rất nhiều u điểm so với bộ nhớ ROM.Việc chọn lối ra cho bộ nhớ đợc thực hiện qua chân chọn chip OE, chân này

đợc nối với chân PSEN của vi xử lý

Việc lựa chọn lối ra của bộ nhớ EPROM thờng phụ thuộc vào kích thớccủa chơng trình điều khiển cần đợc nạp vào Đối với hệ thống điều khiển nhiệt

độ lò sấy ta phải chọn loại bộ nhớ EPROM có dung lợng lớn ( 27HC256) để đápứng đủ cho hệ thống điều khiển đa kênh nhiệt độ

 2 1

1

2 1

Tín hiệu nhận đợc từ Thermocouple có điện áp nhiệt điện thay đổi từ

0 6mV tơng ứng với nhiệt độ từ 0 1400 C trong lò sấy Các tín hiệu này cóthể coi là tín hiệu vi sai Do tín hiệu này là rất nhỏ nên cần phải đa qua bộkhuếch đại tín hiệu trớc khi đa vào bộ biến đổi ADC

Để khuếch đại tín hiệu ta dùng bộ khuếch đại đo lờng Nó đợc dùng đểkhuếch đại chính xác các tín hiệu vi sai AC hay DC đồng thời loại bỏ đợc cácphần tử nhiễu đồng pha lớn Đặc điểm của bộ khuếch đại này là có trở khángvào cao, độ trôi thấp, phù hợp với yêu cầu hệ thống

Theo sơ đồ ta thấy rằng hai đầu vào của op- amp không đảo, dẫn đến trởkháng vào cao đối với hai tín hiệu, tầng ra là khuếch đại vi sai vòng đóng Nhvậy ta thấy hai hệ khuếch đại đối với các đờng tín hiệu tách riêng đều đợc hiệuchỉnh bởi điện trở R1

Hình 3.1: Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu

Điện áp ra của bộ khuếch đại đo lờng có giá trị bằng:

ở đây ta thấy hai mạch khuếch đại thuật toán đầu vào cho điện trở rất caovì dòng điện vào của đầu vào thuận pha ở đây rất nhỏ Độ khuếch đại toàn mạch

có thể hiệu chỉnh một cách đơn giản bằng điện trở R1 Mạch điện này có thểxây dựng từ một vi mạch và một điện trở mắc bên ngoài, thí dụ mạch LH0036của hãng National Semiconductor

36

125 40

V

out V K

Nh vậy ta thấy điện áp ra bằng hệ số khuếch đại không đổi nhân với hiệugiữa hai điện áp vào và do đó nó đợc gọi là bộ khuếch đại hiệu

Trong thực tiễn không thể đạt đợc những mạch điện lý tởng kiểu này

Nh-ng ta hoàn toàn có thể xây dựNh-ng đợc nhữNh-ng mạch phù hợp với từNh-ng ứNh-ng dụNh-ng cụthể

Do tín hiệu đầu ra từ cặp nhiệt điện là rất nhỏ từ 0 đến 40mV tơng ứngvới nhiệt độ đo đợc từ 00 C đến 12000 C Do tín hiệu vào AD có giải từ 0V đến5V nên tín hiệu cần đợc khuếch đại từ 0 40mV thành 0 5V

ở đây do đặc tính của cặp nhiệt điện là tuyến tính nên ta có thể tính toán

hệ số khuếch đại là :

b- Bộ lọc thông tích cực Butterworth

Tại module thu nhận tín hiệu nhiệt độ trớc khi tín hiệu tơng tự đợc đa vào

bộ biến đổi AD cần có các biện pháp lọc nhiễu để tăng độ chính xác cho hệthống Các nguồn nhiễu chủ yếu tác động lên tín hiệu của hệ thốnglà:

+ Nhiễu do nguồn điện lới

Sơ đồ bộ lọc thông tích cực thấp:

c- Bộ khuếch đại đệm:

Sơ đồ mạch khuếch đại đệm:

Hình 3.2: Sơ đồ mạch khuếch đại đệm:

Sau hai tầng khuếch đại lọc nhiễu, tín hiệu đợc đa tới bộ khuếch đại đệm,

bộ khuếch đại này có chiết áp cho phép điều chỉnh hệ số khuếch đại, đảm bảo

điện áp đa vào đầu vào A/D có giá trị thích hợp

d- Bộ biến đổi t ơng tự số:

Do nhiệt độ không yêu cầu cao về độ chính xác nên độ phân giải củanhiệt độ không cần cao Do vậy ở đây ta sử dụng ADC 0809 có độ phân giải 8bit Sơ đồ thiết kế mạch có dạng nh sau:

38

Hình 3.3: Sơ đồ mạch biến đổi tơng tự số ADC 0809

* u điểm của việc sử dụng bộ biến đổi tơng tự số ADC 0809:

+ Không cần đòi hỏi điều chỉnh điểm không

+ Quét động 8 kênh bằng lôgic địa chỉ

+ Dải tín hiệu lối vào analog khi điện áp nguồn nuôi là +5V

+ Tất cả tín hiệu tơng thích TTl

+ Độ phân dải 8 bít

+ Thời gian biến đổi 100 s

+ Dòng tiêu thụ của vi mạch hầu nh không đáng kể 0,3mA

Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi A/ D cần phải đợc tạo ra ở bênngoài đợc dẫn đến chân CLOCK

Tám kênh lối vào analog đợc dẫn đến các chân IN0 đến IN7 Mẫu bít ởcác lối vào địa chỉ A, B, C sẽ xác định xem kênh nào phải đợc lựa chọn

Nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không có gì phứctạp Một xung dơng ở chân START đợc kích hoạt sự biến đổi Qua đó mẫu bítvào địa chỉ A, B, và C cũng đồng thời đợc chốt và xác định kênh biến đổi Trongquá trình biến đổi chân ra EOC ở mức Low, sau cỡ 100 s mức này sẽ chuuyểnsang mức High và báo hiệu sự kết thúc quá trình biến đổi Sau đó kết quả củaquá trình biến đổi sẽ xếp hàng ở đờng dẫn dữ liệu D0 D7 Khi OE= 1 các đờngdẫn có thể đợc đọc tiếp

3.2.3- Module chỉ thị, nguồn,mạch đánh lửa, van và phím điều khiển

A- Mạch chỉ thị:

Mạch chỉ thị sử dụng mạch hiển thị 7 thanh (7 segment) nối anôt chung baogồm có 5 đèn LED để hiển thị thông số nhiệt độ của hệ thống Việ sử dụng các

bộ chỉ thị số có tác dụng tăng độ chính xác của hệ thống so với các bộ chỉ thịkim ( vì tránh đợc tình trạng vị trí nhìn khác nhau dẫn đến các kết quả khácnhau, và cũng nh tránh đợc các lỗi về cơ khí nh chạm hay kẹt kim) Mạch chỉ thịthu nhận tín hiệu từ vùng đệm , đa ra hiển thị LED theo nguyên tắc quét hoặcngắt Timer Trong đó:

- Các thông số chỉ thị bao gồm:

+ Giá trị nhiệt độ đo đợc tại thời điểm hoạt động

+ Giá trị nhiệt độ đặt trớc

- Các LED trạng thái bao gồm :

+ LED chỉ thị trạng thái ngắt (mở) cơ cấu điều chỉnh nhiệt độ khi nhiệt

độ lò tăng quá mức quy định

+ LED báo động dừng hẳn hệ thống khi có sự cố nghiêm trọng

+ LED báo trạng thái làm việc bình thờng của hệ thống

ở đây mạch sử dụng 2 chốt 74LS373: Trong đó một chốt số liệu cần hiểnthị trong vùng đệm ra hiển thị 7 thanh, và một để giải mã địa chỉ cho digit cầnhiển thị

B- Các phím điều khiển hệ thống:

Hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy đứng đợc hoạt động thông quacác phím điều khiển, mỗi phím có những chức năng riêng thông qua thiết kếphần cứng cũng nh trong chơng trình phần mềm Hệ thống bao gồm các phím

điều khiển sau:

+ Ba phím để thay đổi giá trị đặt: Phím vào chơng trình đặt và thiết kế

ch-ơng trình đặt (PROG), phím chọn digit cần thay đổi (SELECT), phím thay đổigiá trị tại digit đợc chọn( INC)

+ Một phím có chức năng RESET lại hệ thống (RESET)

+ Một phím cho phép hệ thống hoạt động (START)

+ Một phím chọn kênh đo nhiệt độ (CH1, CH2)

C- Module cung cấp nguồn cho hệ thống:

Module này có nhiệm vụ tạo ra điện áp một chiều ổn định có các dải điện

áp là  5V và  12V cung cấp cho các vi mạch hệ thống

* Mạch nguồn :

Nguồn cung cấp là một yếu tố quan trọng đối với các thiết bị điện tử nóichung Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy trong dây chuyền sản xuấtgạch ốp lát, nó đóng vai trò rất lớn đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định ,

40