Thiết kế và thi công tổng đài nội bộ 1 trung kế 8 thuê bao

Trang 1

GVHD: ThS Tran Viét Thang SVTH: Nguyễn Lê Phương Tuyến

2.1 - Nguyên lý hoạt động chung 01

3.2— Các Thanh Ghi Có Chức Năng Đặc Biệt 09

IV/ BỘ NHỚ NGOÀI (External Memory)

V/ GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP 09

Trang 2

GVHD: ThS Tran Viét Thing SVTH: Nguyễn Lê Phương Tuyến

2.1— Đặc Tính Cơ Tĩnh Động Cơ Một Chiều 20

2 2 -Các Phương Pháp Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC _ 23

HI/ KẾT NỐI ENCODER VỚI ĐỘNG CƠ

21

IV / GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PWM

27

Chương 4: SƠ LƯỢC VỀ VISUAL BASIC

1/ KIỂU BIẾN | 29

3.7 - COMMUNICATION (Déi tượng truyền thông) 32

3.8— Truy Xuất Thuộc Tính Của Đối Tượng 33

Chương 5: THIẾT KẾ VÀ THỊ CÔNG PHẦN CỨNG

I/ THIET KE MACH NGUON 34

I / THIET KE MACH DIEU KHIEN VA HIEN THI 35

2.1 ~ Cac Linh Kiện Sữ Dụng 35

Trang 3

GVHD: ThS Trần Viết Thắng SVTH: Nguyễn Lê Phương Tuyến

Chuong 6: LUU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG

TRÌNH

II/ CHƯƠNG TRÌNH VB TRÊN MÁY TÍNH 43

Trang 4

Chương 1: TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

L/ DẪN NHẬP:

Ngày nay, hầu hết trong các nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng đã áp

lây truyền sản xuất tự động, việc áp dụng tự động hóa vào sản

ï-gốp phần rất lớn vào quá trình công nghiệp hóa — hiện đại hóa củ

đất nước Với điều kiện của một nước đang phát triển, chúng ta cần rấ{(nhìu

dây truyền sản xuất tự động hay bán tự động đơn giản, giá thành thấp mà

vẫn làm việc hiệu quả nhằm giải phóng sức lao động của con người Và đặc

biệt là năng suất và chất lượng sản phẩm cao trong sản xuất Và trong hầu

hết các dây truyền sản xuất tự động đều có các động cơ, việc điều khiển tốc

độ quay của động cơ cũng không kém phần quan trọng

Vì vậy, trong đợt thực hiện Luận Văn Tốt Nghiệp này em đã chọn để

tài “Thiết kế mô hình điêu khiển tốc độ động cơ theo phương pháp PWM"

Mô hình điều khiển hoạt động dựa trên sự điều khiển của IC AT§9C5I Với

để tài này, em mong muốn học hỏi được nhiễu kiến thức bỗ ích, cũng như

tiếp cận gần hơn với thực tế trước khi ra trường

H/TỔNG QUAN VỀ LUÂN ÁN:

2.1 - Nguyên lý hoạt động chung :

-Từ bàn phím, ta nhập giá trị đặt vào vi điều khiển,

-Vi điều khiển sẽ xử lý và điểu khiển tốc độ quay của động cơ

-Encoder được(sữ)dụng để đo tốc độ quay của động cơ, sau đó đưa

tín hiệu hôi tiếp về vi điều khiển để so sánh với giá trị đặt rồi cho ra tín hiệu

điều khiển thích hợp

-Khối hiển thị gồm hai phần, một phần để hiển thị giá trị đặt, phan

còn lại hiển thị tốc độ quay của động cơ

Trang 1

Trang 5

2.2— Sơ Đô Khối Tổng Quát :

Trang 6

Chương 2: KHẢO SÁT VỊ ĐIỀU KHIỂN 89C51

I/ TONG QUAN HO MSC-51:

Đặc tính chính của 8051 như sau:

-CPU 8-bit tối ưu cho các ứng dụng điều khiển

-Không gian bộ nhớ chương trình: 64K

-Không gian bộ nhớ dữ liệu: 64K

-4KB bộ nhớ chương trình trong chíp

-128 byte RAM trong chíp

-32 đường dữ liệu 2 chiều (4 port 8 bit)

-2 Bộ đếm/định thời 16-bit

-1 Bộ truyển/nhận dữ liệu nối tiếp

-5 nguồn ngắt,2 mức ưu tiên ngắt

-Mạch dao động xung nhịp trong chíp

Sơ đô khối như sau:

INT1 INTO Timer 2 -~———-——Timer 1

Trang 7

-Các VĐK khác trong họ MCS-51 bao gồm tất cả các đặc tính cơ

bản của họ, nhưng khác nhau về loại ROM, kích thước ROM/RAM, số

Timer Bảng dưới đây tóm lượt sự khác nhau của một số thành viên trong

họ

O38 PO.1/AD1 P2.1/A9 F22—

OS P02/AD2 — P22/A10 2C

C34 P0.5/AD5 P2.5/A13 F2—D [—Š | P0.8/AD6 P2.6/A14 [5,0 +- 3# Po.7/AD7 P2.7/A18 | ^“—

Trang 8

- - Chức năng đặc biệt của họ 8051 như sau:

RXD P3.0 port nối tiếp thu TXD P3.1 port nối tiếp phát /INTO P3.2 Ngắt ngoài 0

AINT1 P3.3 Ngat ngoai 1

TO P3.4 Ngõ vào bộ định thì/ bộ đếm 0

Tl P3.5 Ngõ vào bộ định thì/ bộ đếm 1 /WR P3.6 Tín hiệu cho phép ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

/RD P3.7 Tín hiệu cho phép đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Address Latch Enable (cho phép chốt địa chỉ)

Phân biệt địa chỉ và dữ liệu

ALE=0 > P0: bus dữ liéu (DO — D7)

ALE=l > P0: Phần thấp của bus địa chỉ (A0 - A7)

-Khi truy xuất bộ nhớ ngoài, ALE nối đến mạch chốt địa

chỉ(741 S373)

-Khi chạy bình thường, chân này phát xung có tân số = 1/6 tần số

xung nhịp Khi truy xuất bộ nhớ ngoài thì 1 xung ALE sẽ mất

/PSEN Program Store Enable ( cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình)

Đọc lệnh từ ROM ngoài - /PSEN=0 (ngoài ra /PSEN=I)

Khi chương trình chứa trong ROM ngoài, /PSEN nối với /OE của

ROM

IEA External Access (Truy xuất bộ nhớ ngoài)

Tích cực cho phép 8051 lấy mã lệnh từ bộ nhớ chương trình

ngoài

Nối /EA với GND > khong ding ROM trong

Nối /EA với VCC => Có dùng ROM trong

Trang 9

RESET Mức cao đặt vào chân này trong vòng 2 chu kỳ máy (khi bộ dao

động xung nhịp bên trong đang chạy) thì 8051 sẽ khởi động lại, các thanh ghi bên trong sẽ nạp lại những giá trị thích hợp Mạch reset như sau

Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi bộ đếm chương trình PC

được reset tai địa chỉ 0000H Khi ngõ vào RST xuống mức thấp,

chương trình luôn bắt đầu tại địa chỉ 0000H của bộ nhớ chương

trình Nội dung của RAM trên chip không bị thay đổi bởi tác

động của ngõ vào reset

XTALI

Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 8051 Khi sử dụng

8051, chỉ cần nối thêm thạch anh và các tụ Tân số tụ thạch anh

Trang 10

II / TỔ CHỨC BÔ NHỚ:

Bộ nhớ dữ liệu trong: 128 bytes RAM đối với 80C51, và 256 byte

đối với 80C52 cộng với vùng các thanh ghi đặc biệt SFR (dia chi 8 bit)

Bộ nhớ đữ liệu ngoài: có thể mỡ rộng tối đa lên đến 64K (địa chỉ có

thể là 8 bit hoặc 16 bit tùy theo thiết kế)

Việc truy xuất bộ nhớ dữ liệu trong hay bộ nhớ dữ liệu ngoài được chỉ định bởi lệnh: MOV (đối với bộ nhớ dữ liệu trong) và MOVX (đối với

bộ nhớ dữ liệu ngoài)

3.1— RAM NỘI: ( có địa chi 00h > 7Fh)

3.1.1 Bank thanh ghỉ: ( có địa chỉ 00h > 1Fh)

- Gồm 4 bank thanh ghi: bank 0, bank 1, bank 2, bank 3 Mỗi bank có 8 thanh ghi từ R0 đến R7

- Các lệnh sử dụng thanh ghi R0 > R7 ngắn nên thực thi nhanh

- Địa chỉ của R0 R7 ứng với từng bank lần lượt như sau:

00h > 07h đối với bank 0 08h > 0Fh đối với bank 1 10h > 17h đối với bank 2 18h > 1Fh đối với bank 3

- Việc lựa chọn bank thanh ghi nào tích cực được chỉ định bởi bit RSO và

RS1 trong thanh ghi PSW

3.1.2 Vàng RAM định địa chỉ bít: (có địa chỉ 20h > 2Fh)

- Bao gồm 128 bit có địa chỉ bit là (00h > 7Fh) các địa chỉ này chỉ được

hiểu là địa chỉ bit khi nó là toán hạng của lệnh xử lý bịt

- Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phẩn mểm là các đặc tính mạnh của

microcontroller xử lý chung Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR, , với 1 lệnh đơn Đa số các microcontroller xử lý đòi hỏi một chuổi lệnh đọc — sửa - ghi để đạt được mục đích tương tự Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất được từng bít 128 bit truy xuất từng bit này cũng có thể truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng

Trang 7

Trang 11

Byte Dia chi Bit

DO |D7 [D6 |D5 |D4 [D3 |D2 |D1 |bo|Psw

21 8B không được dia chi hod bit TLI

IF 89 |không được địa chỉ hoá bit TMOD

17 87 |không được dia chi hod bit CON

10

OF 83 |không được địa chỉ hoá bit PH

07 |Bank thanh ghi 0 81 không được địachỉhoábit SP

00 mặc định cho R0 —R 88 |§7 |6 R5 R4 jš3|§2 §I [so |Po

Cấu trúc RAM nội Thanh ghỉ đặc biệt

Trang 8

Trang 12

3.1.3 Vùng RAM đa dụng: (có địa chỉ 30h > 7Fh)

Mặc dù trên hình vẽ cho thấy 80 byte đa dụng chiếm các địa chỉ từ

30H đến 7FH, 32 byte dưới từ 00H đến IFH cũng có thể dùng với mục đích

tương tự (mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác) Mọi địa chỉ trong

vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp

hoặc gián tiếp

3.2~ CÁC THANH GHI CÓ CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT:

Các thanh ghi nội của 89C51 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh

Các thanh ghỉ trong 89C51 được định dạng như một phần của RAM trên chip

vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi bộ đếm chương

trình và thanh ghi lệnh vì các thanh ghi này hiếm khi bị tác động trực tiếp)

Cũng như R0 đến R7, 89C51 có 21 thanh ghi có chức năng đặc biệt (SFR:

Special Function Register) ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến

FFH

Tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21

thanh ghi có chức năng đặc biệt được định nghĩa sắn các địa chỉ N goai trừ

thanh ghi A có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các thanh ghi có

chức năng đặc biệt SER có thể địa chỉ hóa từng bịt hoặc byte |

IV/ BỘ NHỚ NGOÀI : (External Memory)

89C51 có khả năng mở rộng bộ nhớ lên đến 64K byte bộ nhớ chương

trình và 64k byte bộ nhớ dữ liệu ngoài Do đó có thể dùng thêm RAM và

ROM nếu cần Khi dùng bộ nhớ ngoài, Port0 không còn chức năng LO nữa

Nó được kết hợp giữa bus địa chỉ (A0-A7) và bus dữ liệu (DO-D7) với tín

hiệu ALE để chốt byte của bus địa chỉ khi bắt đâu mỗi chu kỳ bộ nhớ Port

được cho là byte cao của bus địa chỉ

V/ GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP:

89C51 có một port nối tiếp trong chip có thể hoạt động ở nhiều chế

độ trên một dãy tần số rộng Chức năng chủ yếu là thực hiện chuyển đổi

song song sang nối tiếp với dữ liệu xuất và chuyển đổi nối tiếp sang song

song với dữ liệu nhập :

Trang 9

Trang 13

Port nối tiếp cho hoạt động song công (full duplex: thu và phát đồng

thời) và đệm thu (receiver buffering) cho phép một ký tự sẽ được thu và

được giữ trong khi ký tự thứ hai được nhận Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất

trước khi ký tự thứ hai được thu đầy đủ thì dữ liệu sẽ không bị mất

Hai thanh ghi chức năng đặc biệt cho phép phần mêm truy xuất đến

port nối tiếp là: SBUF và SCON Bộ đệm port nối tiếp (SBUF) ở điạ chỉ

99H nhận dữ liệu để thu hoặc phát Thanh ghi điểu khiển port nối tiếp

(SCON) ở địa chỉ 98H là thanh ghi c6 dia chỉ bit chứa các bit trạng thái và

các bit điểu khiển Các bit điểu khiển đặt chế độ hoạt động cho port nối

tiếp, và các bit trạng thái Báo cáo kết thúc việc phát hoặc thu ký tự Cac bit

trạng thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể lập trình để tạo

ngắt

5.1- Thanh Ghi Điều Khiển Port Nối Tiếp : (SCON)

SM0 |SMI |SM2 |REN |TBS [RBS [TI RI |

Chế độ hoạt động của port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào

thanh ghi chế độ port nốt tiếp (SCON) ở địa chỉ 98H Sau đây các bản tóm

tắt thanh ghỉ SCON và các chế độ của port nối tiếp:

Bit Ky hiéu Dia chi Mô tả

SCON7 SMO | 9FH Bit 0 của chế độ port nối tiếp

SCON6 SMI 9EH Bit I của chế độ port nối tiếp

SCON5 SM2 9DH Bit 2 của chế độ port nối tiếp Cho

phép truyền thông xử lý trong các

chế độ 2 và 3, RI sẽ không bị tác

động nếu bit thứ 9 thu được là 0

SCON4 | REN 9CH Cho phép bộ thu phải được đặt lên

1 để thu các ký tự SCON3 | TBS 9BH Bit 8 phat, bit thứ 9 được phát trong

thúc phát ký tự, được xóa bằng | phẩầnmềm

SCONO RI 98H Cờ ngắt thu Đặt lên 1 khi kết thúc

Trang 10

Trang 14

SM0 | SMI | Chế độ | Mô tả Tốc độ baud

0 0 Thanh ghi dịch | Cố định (Fosc /12 )

1 1 UART 8 bit Thay đổi ( đặt bằng timer )

0 2 UART 9 bit Cố định (Fosc /12 hoặc Fosc/64 )

1 3 UART 9 bit Thay đổi ( đặt bằng timer )

5.2.1 Chế độ 0 (Thanh ghi dịch đơn 8 bit):

Chế độ 0 được chọn bằng các thanh ghi các bit 0 vào SM1 và SM2 của SCON, đưa port nối tiếp vào chế độ thanh ghi dịch 8bit Dữ liệu nối tiếp

vào và ra qua RXD và TXD xuất xung nhịp dịch, 8 bit được phát hoặc thu

với bit đầu tiên là LSB Tốc độ baud cố định ở 1/12 tân số dao động trên

chip

Việc phát đi được khởi động bằng bất cứ lệnh nào ghi dữ liệu vào

SBUF Dữ liệu dịch ra ngoài trên đường RXD (P3.0) với các xung nhịp được

gửi ra đường TXD (P3.1) Mỗi bit phát đi hợp lệ (trên RXD) trong một chu

kỳ máy, tín hiệu xung nhập xuống thấp ở S3P1 va trở về cao ở S6PI

Việc thu được khởi động khi cho phép bộ thu (REN) là 1 và bit ngắt

thu (RD là 0 Quy tắc tổng quát là đặt REN khi bắt đầu chương trình để khởi

động port nối tiếp, rồi xoá RI để bắt đầu nhận dữ liệu Khi RI bị xoá, các

xung nhịp được đưa ra đường TXD, bắt đầu chu kỳ máy kế tiếp và dữ liệu

theo xung nhịp ở đường RXD Lấy xung nhịp cho dữ liệu vào port nối tiếp

xảy ra ở cạnh đường của TXD

5.2.2 Chế độ 1 (UART 8 bịt với tốc độ baud thay đổi được):

Trang 11

Trang 15

Ở chế độ 1, port nối tiếp của 89C51 lam việc như mét UART 8 bit

với tốc độ baud thay đổi được Một UART (Bộ thu phát đồng bộ vạn năng)

là một dụng cụ thu phát dữ liệu nối tiếp với mỗi ký tự dữ liệu đi trước là bit

start ở mức thấp và theo sau bit stop ở mức cao Đôi khi xen thêm bit kiểm

tra chắn lẻ giữa bit dữ liệu cuối cùng va bit stop Hoat động chủ yếu của

UART là chuyển đổi song song sang nối tiếp với dữ liệu nhập

Ở chế độ 1, 10 bit được phát trên TXD hoặc thu trên RXD Những

bít đó là: 1 bit start (luôn luôn là 0), 8 bit dữ Hệu (LSB đầu tiên) và 1 bit stop

(luôn luôn là 1) Với hoạt động thu, bit stop dugc dua vao RB8 trong SCON

Trong 8951 chế độ baud được đặt bằng tốc độ báo tràn của timer1

Tạo xung nhịp và đồng bộ hóa các thanh ghi dịch của port nối tiếp

trong các chế độ 1,2 và 3 được thiết lập bằng bộ đếm 4 bit chia cho 16, ngõ

ra là xung nhịp tốc độ baud Ngõ vào của bộ đếm này được chọn qua phần

mềm

5.2.3 Chế độ 2 (UART 9 bít với tốc độ baud cố định):

Khi SMI=l và SM0=0, cổng nối tiếp làm việc ở chế độ 2, như một

UART 9bit có tốc độ baud cố định, 11 bit sẽ được phát hoặc thu:1bit start, 8

bít data, 1 bit data thứ 9 có thể được lập trình và 1 bit stop Khi phát bit thứ 9

là bất cứ gì đã được đưa vào TB§ trong SCON (có thể là bit Parity Khi thu

bít thứ 9 thu được sẽ ở trong RB8 Tốc độ baud ở chế độ 2 là 1/32 hoặc 1/16

tần số dao động trên chip

7.2.4 Chế độ 3 (UART 9 bit với tốc độ baud thay đổi được):

Chế độ này giống như ở chế độ 2 ngoại trừ tốc độ baud có thể lập

trình được và được cung cấp bởi Timer.Thật ra các chế độ 1, 2, 3 rất giống

nhau Cái khác biệt là ở tốc độ baud (cố định trong chế độ 2, thay đổi trong

chế độ 1 và 3) và ở số bit data (8 bít trong chế độ 1,9 trong chế độ 2 và 3)

3.3- Khởi Động Và Truy Suất Các Thanh Ghi Cổng Nối Tiếp:

3.3.1 Cho phép thu:

Bít cho phép bộ thu (REN=Receiver Enable) Trong SCON phải được đặt lên

1bằng phần mềm để cho phép thu các ký tự thông muon thực hiện việc nay

ở đầu chương trình khi khởi động cổng nối tiếp, timer Có thể thực hiện

việc này theo hai cách Lệnh:

SETB REN ; dat REN lên 1

X

Trang 12

Trang 16

Bit dữ liệu thứ 9 cần phát trong các chế độ 2 và 3 phải được nạp

vào trong TB8 bằng phần mêm Bit dữ liệu thứ 9 thu được đặt ở RB8 Phần mềm có thể cân hoặc không cần bit dữ liệu thứ 9, phụ thuộc vào đặc tính kỹ

thuật của thiết bị nối tiếp sử dụng (bit dữ liệu thứ 9 cũng đóng vai trò quan trọng trong truyền thông đa xử lý )

5.3.3 Thêm 1 bit parity:

Thường sử dụng bit đữ liệu thứ 9 để thêm parity vào ký tự Như đã

nhận xét ở chương trước, bit P trong từ trạng thái chương trình (PSW) được đặt lên 1 hoặc bị xoá bởi chu kỳ máy để thiết lập kiểm tra chẳn với 8 bít trong thanh tích lũy

5.3.4 Các cờ ngắt:

Hai cờ ngắt thu và phát (RI và TD trong SCON đóng một vai trò

quan trọng trong truyền thông nối tiếp dùng 8951/8051 Cả hai bit được đặt

lên 1 bằng phần cứng, nhưng phải được xoá bằng phần mềm

5.4- Tốc Độ Baul Port Nối Tiếp:

Như đã nói, tốc độ baud cố định ở các chế độ 0 và 2 Trong chế độ

0 nó luôn luôn là tần số dao động trên chip được chia cho 12 Thông thường

thạch anh ấn định tần số dao động trên chip nhưng cũng có thể sử dụng

nguồn xung nhịp khác

Trang 13

Trang 17

SMOD lên 1 làm gấp đôi tốc độ baud trong các chế độ 1, 2 và 3 Trong chế

độ 2, tốc độ baud có thể bị gấp đôi từ giá trị mặc nhiên của 1/64 tần số dao

động (SMOD=O) đến 1/32 tần số dao động (SMOD=])

Vì PCON không được định địa chỉ theo bit, nên để đặt bit SMOD

lên 1 cần phải theo các lệnh sau:

MOV A,PCON ; lấy giá trị hiện thời của PCON

SETB ACC.7 ; dat bit SMOD lén 1

MOV PCON,A ; ghi gid tri ngudc ve PCON

Các tốc độ baud trong các chế độ 1 và 3 được xác định bằng tốc độ tràn của timer 1 Vì timer hoạt động ở tần số tương đối cao, tràn timer được

chia thêm cho 32 (hoặc 16 nếu SMOD =l ) trước khi cung cấp tốc độ xung

nhịp cho port nối tiếp.cho 64, tốc độ baud cũng bị ảnh hưởng bởi 1 bit trong

thanh ghi điều khiển

Trang 14

Trang 18

Mỗi bộ encoder số bao gồm một đĩa tròn với các vạch kẻ mẫu ở

trên đó Các vạch mẫu này được đọc bởi đầu cảm biến Đĩa này thường đi

kèm với trục của nó và trục này làm quay những mẫu khác phát ra tín hiệu

cho mỗi vị trí nhận được Cách ghi các mã trên đĩa phụ thuộc vào các vạch

mẫu trên nó Có 3 loại encoder chính: encoder tiếp xúc, encoder từ trường

va encoder quang

EBOH E50(ENB) Eess Series Series

Hình dạng một số Encoder

Trang 15

Trang 19

1.1— Encoder Tiếp Xúc :

Điểm tiếp xúc thực tế của loại encoder này là giữa đĩa và đầu đọc

thông qua “chổi than° Loại này có các nhược điểm là tạo ra ma sát, hao

mồn, bụi bẩn, điện trở tiếp xúc và rung động v v làm giảm độ chính xác và

tuổi thọ

Độ phân giải của encoder phụ thuộc vào đường rãnh và độ chính

xác nhỏ nhất của một rãnh có thể có được trên đĩa, độ phân giải có thể đạt

đến 10 rãnh trên đĩa Độ phân giải có thể tăng lên bằng cách nhiều tần đĩa

hoặc dùng bộ đếm lên/xuốngcó dung lượng bộ đếm cao

1.2 - Encoder Từ Trường :

Encoder từ trường yêu cầu đĩa phải được tráng một lớp vật liệu từ,

trong đó những vạch mẫu không được phủ Các vết từ có thể đọc bằng một

đầu đọc làm bằng nam châm Encoder từ trường có tuổi thọ cao hơn encoder

tiếp xúc

1.3 - Encoder Quang :

Encoder quang là loại thông dụng nhất nhờ vào độ chính xác cao và

dùng ánh sáng của bán dẫn (Leds) Một encoder quang có bốn phần chính:

nguồn quang, đĩa mã, cảm biến quang và mạch xử lý tín hiệu Encoder

quang có thể được phân thành hai loại: Encoder gia tang va Encoder tuyét

đối

1.3.1 Encoder tuyệt đối:

Encoder tuyệt đối tạo ra mã số nhị phân cho mối vị trí trên đĩa mã

Encoder tuyệt đối có 6 đến 20 track, mỗi track tạo ra một bit số nhị phân

theo mã mà nó tạo nên bởi các lỗ trên đĩa mã (mã hóa) Hình trên biểu

Trang 16

Trang 20

mã) tạo nên độ phân giãi của encoder theo công thức sau

Số vị trí được mã hóa =2, Độ phân giải =Iphần /2

Với N là số track =số bit của cảm biến

Số nhị phân được sử dụng cho encoder có thể được mã hóa theo các loại mã phổ biến sau: Mã nhị phân tự nhiên, mã Gray và mã BCD Trong đó

mã Gray được dùng nhiều nhất vì bộ đếm dùng trong mạch xử lý tín hiệu

của cảm biến chỉ có một bit thay đổi mổi lần số đếm tăng lên một

1.3.2 Encoder gia tăng:

Encoder gia tăng tạo ra xung từ một hay nhiều track tap trung trén đĩa mã Xung được tạo ra khi mà tia sáng xuyên qua lỗ trên đĩa mã Do

Encoder gia tăng có ba track thì sẽ có ba nguồn sáng và ba cảm biến quang

Hình trên biểu diễn một Encoder quang gia tăng với 3 track Trên

track trong chỉ có một lổ; hai track còn lại có sôtCuổi 3ácđổ lách điều

nhau tạo thành vòng tròn quanh đĩa mã cad i8 9) track giữa lệch so với các

(shen track bén ngoai mét khodng bing mét nifa d6 réng cia m6(16,/Muc

đích của độ lệch này là tạo ra thông tin vé hudng quay Sd dé xung do track

phát ra (hình 2.16 ) khi đĩa quay trên một bộ đếm độ rộng xung clock có

hướng Chú ý rằng xung phát từ track ngoài tạo sự nhanh pha hơn xung phát

ra track bên trong một khoảng bằng 1⁄2 bể rộng của xung Nếu hướng quay

Trang 17

Trang 21

ngược lại, thì xung clock phát ra từ track trong nhanh pha hơn xung clock

track ngoài một khoãng bằng 1⁄2 bể rộng xung

Track

Track — giữa Track

» Time

Track trong tạo một xung chuẩn khi trục quay đến vị trí ban đầu,

track giữa cung cấp thông tin về hướng quay Một hướng, xung do track này

phát ra chậm pha hơn track ngoài Nếu quay hướng khác, track này phát

xung nhanh pha hơn track ngoài

Encoder ting dần có thể đo lường dịch chuyển thẳng bằng cách

ghép encoder với một trục của bánh xe như hình 2.17 Bánh xe sẽ lăn trên

- bể mặt của vật được đo, mạch xử lý tín hiệu sẽ đếm số xung Tổng khoảng

dịch chuyển có thể được đo lường bị giới hạn bởi dung lượng bộ đếm của

mạch xử lý tín hiệu Khoảng dịch chuyển có thể được đo từ tổng số xung

phát ra bởi công thức:

7N,

x=

R

Trong đó : x(m) : Khoảng dịch chuyển

d(m) : Đường kính của trục bánh xe

Trang 22

Nếu biết được số xung trong một chu kỳ, ta có thể tính được tốc độ

quay của động cơ theo công thức sau:

T: chu kỳ đếm xung ( ở đây tính bằng giây)

Nr : Tổng số xung đếm được trong khoản thời gian T

Nạ : là số xung trên một vòng (độ phân giải của encoder)

H/ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU:

Một motor điện chuyển đôi năng lượng điện thành ‹ cơ năng Motor

đa é ước, chủng loại, nhưng tổng quát có hai loại chính

àY motor AC Từ hai loại chính này, biến hoá thành nhiều loại khác nhau để phù hợp Sới yêu cầu sử dụng đa dạng trong cuộc sống Các

loại motor điện xoay chiều được dùng chủ yếu cho các loại máy lớn như:

máy công cụ, máy giặt, máy xấy có nguồn cung cấp là một pha hay ba pha

Động cơ điện một chiều hay còn gọi là động cơ DC thường được sử

dụng rộng rãi trong các hệ truyền động cần thay đổi tốc độ yêu cầu dải điều

chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều Một số ứng dụng quan trọng của động cơ một

chiéu như truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển,

máy cán, máy nghiền (trong công nghiệp giấy)

Động cơ DC bao gồm hai phần chính: (phân cảm và phần ứng)

- Phân cảm tạo ra từ trường một chiểu, từ trường một chiều này có

thể được tạo ra bằng stator loại nam châm vĩnh cửu hay cuộn dây (cuộn

Trang 23

2.1— Đặc Tính Cơ Tĩnh Động Cơ Một Chiều:

Hình 3.1 giới thiệu các loại động cơ DC thông dụng, bao gồm động

cơ DC kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích trhổn hợp

Với động cơ DC kích từ độc lập, dòng phần ứng và dòng kích từ có

thể điều khiển độc lập với nhau Với động cơ DC kích từ song song, phân

ứng và cuộn kích từ được đấu với nguồn cung cấp Vì vậy, với hai loại động

cơ này, chỉ có thể được điều khiển độc lập bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng hoặc mạch kích từ Tuy nhiên đây là cách điều khiển

có hiệu suất thấp Vói động cơ DC kích từ nối tiếp thì dòng phân ứng cũng

là dòng kích từ, do đó từ thông động cơ là một hàm của dòng phần ứng Với

động cơ kích từ hổn hợp, cần đấu nối sao cho sức từ động của cuộn nối tiếp

cùng chiều với sức từ động của cuộn song song

chiều kích từ độc lập hoặc song song, điện trở này là điện trở mạch phần

ứng Đối với động cơ kích từ nối tiếp hoặc hỗn hợp, Rư là tổng điện trở của cuộn phần ứng và cuộn kích từ nối tiếp

Trang 20

Trang 24

Hình 3.2: mạch tương đương chế độ tĩnh của động cơ DC

Phương trình€ơ bản của động cơ mộ) chiều là: ‘) ele tat ca

M - mômem do động cơ sinh ra (Nm);

K- hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

“————Vãi động cơ một chiều Kích từ độc lập, nếu điện áp kích từ được

duy trì không đổi, có thể giả thiết rằng từ thông động cơ cũng không đổi khi

mô men động cơ thay đổi Khi đó ta có:

K Ø =const (3.6) Như vậy, theo (3.5), đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập là một đường thẳng, như hình 3.3 Tốc độ không tải của động cơ xác

định bởi điện áp cung cấp V và từ thông kích từ K Ø Tốc độ động cơ suy giảm khi mô men tải tăng và độ ổn định tốc độ phụ thuộc vào điện trở phần

ứng Rư Tring thực tế, do phản ứng phần ứng, từ thông động cơ giảm khi mô

men tăng, dẫn đến tốc độ động cơ suy giảm ít hơn là tính toán theo công

thức (3.5) Với mô men lớn, từ thông có thể suy giảm đến mức độ dốc đặc

tính cơ trở nên dương dẫn đến hoạt động không ổn định Vì vậy cuộn bù

thường được sử dụng để làm giảm hiệu ứng khử từ của phản ứng phần ứng

Trang 25

Với động cơ công suất trung bình, độ sụt dốc khi tải định mức so với khi

không tải khoảng 5%

Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp, từ thông Ø là một hàm của

dòng phân ứng Nếu giả thiết động cơ hoạt động trong vùng tuyến tính của

đặc tính từ hóa, có thể xem là từ thông tỷ lệ bậc nhất với dòng phần ứng,

Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp được vẽ trên

hình 3.3 Có thể thấy là tốc độ động cơ suy giảm nhiều theo mô men tải

Tuy nhiên, trong thực tế, các động cơ tiêu chuẩn thường được thiết kế làm

việc tại điểm cánh nhỏ (knee — point) cia dic tinh ti hóa khi mang tải định

mức Với tải trên định mức, mạch từ động cơ bão hòa, khi đó từ thông Ø

không thay đổi nhiễu theo dong tdi Iv, din đến đặc tính cơ tiệm cận với

đường thẳng

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp thích hợp cho các ứng dụng đòi

hỏi mô men khởi động cao và có thể quá tải nặng Với mô men tải tăng, từ

thông động cơ cũng tăng theo Như vậy với cùng một lượng gia tăng của mô

men như nhau, dòng phần ứng Iư của động cơ một chiểu kích từ nối tiếp sẽ

tăng ít hơn so với động cơ kích từ độc lập Do đó, trong điểu kiện quá tải

nặng, sự quá tải của nguồn cung cấp và sự quá nhiệt của động cơ cũng ít

hơn so với khi dùng động cơ kích từ độc lập

_ Trang 22

Trang 26

cho phép hoạt động gấp hai lần tốc độ định mức Do đó, động cơ kích từ nối

tiếp không được dùng với các ứng dụng trong đó mô men tải có thể nhỏ đến

mức làm tốc độ động cơ vượt quá mức giới hạn cho phép

Đặc tính của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có dạng như biểu diễn trên hình 3.3 Tốc độ không tải của động cơ phụ thuộc vào dòng kích từ qua cuộn song song, trong khi độ dốc đặc tính cơ phụ thuộc vào sự phối hợp giữa cuộn song song và cuộn nối tiếp Động cơ kích từ hỗn hợp được sử

dụng trong những ứng dụng cân có đặc tính cơ tương tự động cơ kích từ nối tiếp đồng thời cần hạn chế tốc độ không tải ở một giá trị giới hạn thích hợp

Cũng cần lưu ý là các đặc tính cơ để cập trên hình 3.3 là đặc tính cơ

tự nhiên của động cơ, nghĩa là các đặc tính này nhận được khi động cơ hoạt

động với điện áp cung cấp và từ thông định mức, và không có điện trở phụ nào trong mạch phần ứng hoặc kích từ

2.2 - Sơ Lược Các Phương Pháp Điêu Khiển Tốc Độ Động Cơ DC:

Từ công thức (3.5) biểu diễn quan hệ giữa tốc độ - mô men động cơ,

có thể thấy rằng tốc độ động cơ có thể được điều khiển bằng ba phương

1-Điều khiển điệp áp phần ứng

2-Điều khiển từthông

1-Điều khiển điệp trở phần ứng

2.2.1—-Điều khiển điện áp phần ứng:

Đặc tính cơ tĩnh của động cơ kích từ độc lập và kích từ nối tiếp khi điều chỉnh điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ được vẽ trên hình 3.4

Các đặc tính này suy ra từ (3.5) với điện áp V thay đổi Bằng cách thay đổi

điện áp phần ứng, động cơ có thể làm việc tại bất kỳ tốc độ - mô men nào nằm giữa đường đặc tính cơ tự nhiên và trục mô men Vì điện áp phần ứng

chỉ có thể điểu chỉnh dưới định mức, phương pháp này chỉ dùng để điều khiển động cơ hoạt động với các đặc tính thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên

Tính chất quan trọng của phương pháp này là độ cứng đặc tính cơ không thay đổi khi tốc độ động cơ được điều chỉnh Điều này khiến hệ có

khả năng đáp ứng với tải có mô men hằng số vì dòng phần ứng cực đại cho

Trang 23

Trang 27

phép lự„a„ — tương ứng với nó là mô men tải cực đại cho phép —- của động cơ

giữ không đổi với mọi tốc độ

Hình 3.4: các đặc tính cơ khi điều khiển điện áp phần ứng của động cơ

a) động cơ kích từ độc lập: b) động cơ kích từ nối tiếp DC

Điện áp phần ứng động cơ có thể được điều khiển bằng cách sử

dụng:

- Máy phát DC (hệ máy phát — động cơ)

- Bộ chỉnh lưu có điều khiển (AC — DC)

- Bộ Chopper (bộ biến đổi xung 4p) (DC — DC)

2.2.2-Điều khiển từ thông:

Điền khiển từ thông được sử dụng khi cần tăng tốc độ làm việc của động cơ cao hơn tốc độ định mức Có thể thấy điều đó qua công thức (3.5)

Đặc tính tĩnh của động cơ kích từ độc lập và kích từ nối tiếp khi điều khiển từ thông được biểu diễn lần lượt trên hình 2.4a,b bằng các đường

nét đứt Lưu ý là độ cứng đặc tính cơ giảm nhanh khi giảm từ thông

Tốc độ cao nhất của động cơ đạt được khi giảm từ thông bị hạn chế bởi:

-Sự không ổn định của động cơ gây ra bởi ảnh hưởng của phản ứng

phần ứng

-Giới hạn về mặt cơ khí của động cơ: các động cơ thông thường cho

phép tốc độ đạt tới 1,5 — 2 lân tốc độ định mức Một số động cơ chế tạo đặc biệt cho phép tốc độ cao nhất đạt tới 6 lần định mức

Đối với động cơ DC kích từ độc lập và song song, công suất cực đại cho phép của động cơ gần như không đổi với mọi tốc độ khi điều khiển từ

thông (hình 2.5) Có thể thấy điểu này nếu giả thiết là dòng cực đại cho

phép lưmx của động cơ không thay đổi khi điều chỉnh từ thông và điện áp cung cấp cho phần ứng V - là định mức Khi đó, sức điện động của động cơ,

Trang 24

Trang 28

sẽ biến thiên tỉ lệ nghịch với tốc độ

Lưu ý là trong thực tế, giả thiết dòng phần ứng cực đại cho phép I„

không thay đổi khi giảm từ thông chỉ là gần đúng Tác động của phản ứng phần ứng càng lớn khi từ thông càng giảm, do đó, dòng phần ứng cực đại

cho phép cần giảm xuống để không sinh ra tia lửa điện quá mức trên cổ góp Điều này dẫn đến việc giá trị thực tế của I„„„ sẽ giảm xuống khi tốc

độ tăng cao

Với động cơ DC kích từ độc lập, việc điều khiển kích từ được hiện

bằng cách thay đổi điện áp kích từ với bộ chỉnh lưu có điều khiển hoặc bộ

chopper, tùy theo nguồn cung cấp được sử dụng là AC hoặc DC Với động

cơ công suất nhỏ, cũng có thể mắc nối tiếp biến trở vào mạch kích từ để điều khiển từ thông

Với động cơ DC kích từ nối tiếp, việc điều khiển từ thông được thực

hiện bằng cách mắc điện trở song song với cuộn kích từ Một số động cơ

kích từ nối tiếp có cuộn kích từ nhiều đâu ra, và do đó có thể thay đổi từ

thông bằng cách thay đổi số vòng dây cuộn kích từ

2.2.3~Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông

kích từ:

Phương pháp này được sử dụng khi cần điểu chỉnh tốc độ động cơ trong dải rộng trên và dưới tốc độ định mức Tốc độ dưới tốc độ định mức

được điều khiển cách thay đổi điện áp phần ứng trong khi giữ kích từ ở giá

trị định mức Tốc độ định mức được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp

kích từ

Giới hạn của mô men và công suất ra khi điều khiển hổn hợp điện

áp phần ứng và từ thông kích từ được vẽ trên hình 3.5

Trang 25

Tiêu đề	Thiết Kế Và Thi Công Tổng Đài Nội Bộ 1 Trung Kế 8 Thuê Bao
Trường học	University of Technology
Chuyên ngành	Electrical Engineering
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Thành phố	Hanoi

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	1,73 MB