Tuthienbao com mach dieu khien dong co mot chieu 5473

-Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn màngười ta tạo ra được các loại

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1 Các linh kiện thụ động 5

1.1.1 Điện trở 5

1.1.2 Biến trở, triết áp : 6

1.1.3 tụ điện 8

1.1.4 Diode 10

1.2 Bộ Vi Điều Khiển 89C51 14 1.3 IC Opto (loại PC817C) 22 1.4.IC L7805T 22 1.5 MOSFET 23 1.6 Động cơ một chiều 27 1.7.Lý thuyết về điều chế độ rộng xung PWM 33 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 36 2.1 Sơ đồ khối 36 2.2 Sơ đồ khối nguồn 37 2.3 khối động lực 38 2.4.Khối điều khiển 39 2.5 Sơ đồ nguyên lý chung 40 2.6 Sơ đồ board mạch 41 2.7 Chươngtrình ………42

CHƯƠNG 3:KẾT LUẬN 43 1.Kết quả đạt được 43 2.Tài liệu tham khảo……… 43

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trongmọi lĩnh vực Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản xuất để nâng caonăng suất chất lượng rút ngắn thời gian sản xuất

Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển sự ra đời của các vimạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn, cực lớn với giá thành hợp với khảnăng của người sử dụng đã mang lại những thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuậtđiện tử Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng

và chuyên dụng

Sự phát triển hối hả của nền đại công nghiệp nên sự cạnh tranh của các mặt hàngtrên thị trường diễn ra càng mạnh Do đó chúng em đã chọn đề tài môn học là

“THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU “ nhằm

phục vụ cho thực tế của đời sống

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Dương Tấn Quốc chúng em đã thực hiện đề

tài của mình với hết khả năng của mình

Cùng với sự lỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm cònhạn hẹp nên sẽ không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong được sự giúp

đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô cùng các bạn nhằm đóng góp để phát triểnthêm đề tài

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

- Vi Điều Khiển AT89C51, các linh kiện cần thiết liên quan

- Hệ thống có thể điều khiển được các động cơ có công suất <=60W, điện áp

<=24VDC

- Thao tác điều khiển bao gồm đảo chiều, tăng giảm tốc độ bằng kỹ thuật điềuchế độ rộng xung (PWM)

- Hệ thống có các phím nhấn điều khiển việc đảo chiều, tăng giảm tốc độ

- Hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảmbảo chống nhiễu cho bộ điều khiển

Nội dung cần hoàn thành:

- Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng

- Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp thực hiện, cơ

sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm

Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Thiết kế động cơ một chiều có chức năng thực hiện các yêu cầu điều khiểnđảo chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Các yêu cầu :

- Điều khiển động cơ DC

- Điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM

- Mạch có hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch độnglực để đảm bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển nên ta sử dụng IC opto đểcách ly quang

- Điều khiển chính xác, tin cậy và ổn định

- Thiết kế đơn giản

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các linh kiện thụ động:

1.1.1 Điện trở:

-Khái niệm:

Điện trở :Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn

điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điệntrở là vô cùng lớn

-Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan

trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn màngười ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

Hình1.1: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý

- Đơn vị của điện trở

 Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

 1KΩ = 1000 Ω

 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch

-Phân loại điện trở

 Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125Wđến 0,5W

 Điện trở công suất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

 Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điệntrở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

Hình1.4: Hình dạng biến trở ký hiệu trên sơ đồ

Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹthuật viên, biến trở có cấu tạo như hình bên dưới

Hình1.5: Cấu tạo của biến trở

Triết áp : Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố

trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh Ví dụ như – Triết ápVolume, triết áp Bass, Tress v.v , triết áp nghĩa là triết ra một phần điện áp từ đầuvào tuỳ theo mức độ chỉnh

Hình 1.6: Hình dạng triết áp, cấu tạo trong triết áp

1.1.3 Tụ điện:

- Cấu tạo của tụ điện :

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điệngọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụđiện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụgốm, Tụ hoá

Hình 1.7: Cấu tạo tụ gốm, cấu tạo tụ hoá

- Hình dáng thực tế của tụ điện

Hình1.8: Hình dạng của tụ gốm.

- Điện dung đơn vị và ký hiệu của tụ điện:

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện,

điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi

và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S / d

 Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

 ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

 d : là chiều dày của lớp cách điện

 S : là diện tích bản cực của tụ điện

* Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực

tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara(pF)

 1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F

 1 µ Fara = 1.000 n Fara

 1 n Fara = 1.000 p Fara

* Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor)

Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý

– Phân loại tụ điện

Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica (Tụ không phân cực )

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µFtrở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặcmạch lọc nhiễu

Hình 1.9: Tụ gốm – là tụ không phân cực.

Tụ hoá ( Tụ có phân cực )

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương, tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µFđến khoảng 4.700 µF, tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấphoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ

Hình 1.10: Tụ hoá – Là tụ có phân cực âm dương.

Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theomột tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm

: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùngbán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Hình 1.11: Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode

- Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của

Diode bán dẫn

Hình 1.12: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

- Ứng dụng của Diode bán dẫn :

* Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụngtrong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, cácmạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động.trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode códạng

Hình 1.13: Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

Hình 1.14: Hình dáng Diode Zener ( Dz ) không đổi.

- Diode Thu quang ( Photo Diode )

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode cómột miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N, dòng điệnngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode

- Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận,điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng

từ 5mA đến 20mA

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báotrạng thái có điện vv…

– Diode Varicap ( Diode biến dung )

Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dungbiến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode

- Diode xung

Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùngDiode xung để chỉnh lưu diode xung là diode làm việc ở tần số caokhoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thaythế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thểthay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn

diode thường nhiều lần.Về đặc điểm, hình dáng thì Diode xung không

có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường cóvòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng

Hình 1.15: Ký hiệu của Diode xung

– Diode tách sóng.

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vìmặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một điểm để tránh điệndung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tầndùng để tách sóng tín hiệu

Instrument, Philips, Analog Devices… Tại Việt Nam, các biến thể của hãngATMEL là AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52… đã có thời gian xuất hiệntrên thị trường khá lâu và có thể nói là được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại viđiều khiển 8 bit.

Các thanh nghi đặc biệt SFR

Ngắt (Interrupt)

8051 chỉ có một số lượng khá ít các nguồn ngắt (interrupt source) hoặc có thể gọi

là các nguyên nhân ngắt Mỗi ngắt có một vector ngắt riêng, đó là một địa chỉ cố

định nằm trong bộ nhớ chương trình, khi ngắt xảy ra, CPU sẽ tự động nhảy đếnthực hiện lệnh nằm tại địa chỉ này.

Với 8052, ngoài các ngắt trên còn có thêm ngắt của timer2 (do vi điềukhiểnnày có thêm timer2 trong số các ngoại vi onchip)

Mỗi ngắt được dành cho một vector ngắt kéo dài 8byte Về mặt lý thuyết, nếuchương trình đủ ngắn, mã tạo ra chứa đủ trong 8 byte, người lập trình hoàn toàn cóthể đặt phần chương trình xử lý ngắt ngay tại vector ngắt Tuy nhiên trong hầu hếtcác trường hợp, chương trình xử lý ngắt có dung lượng mã tạo ra lớn hơn 8bytenên tại vector ngắt, ta chỉ đặt lệnh nhảy tới chương trình xử lý ngắt nằm ở vùngnhớ khác Nếu không làm vậy, mã chương trình xử lý ngắt này sẽ lấn sang, đè vàovector ngắt kế cận

Bảng tóm tắt các ngắt trong 8051 như sau:

Để cho phép một ngắt, bit tương ứng với ngắt đó và bit EA phải được đặtbằng 1 Thanh ghi IE là thanh ghi đánh địa chỉ bit, do đó có thể dùng các lệnh tácđộng bit để tác động riêng rẽ lên từng bit mà không làm ảnh hưởng đến giá trị cácbit khác Cờ ngắt hoạt động độc lập với việc cho phép ngắt, điều đó có nghĩa là cờngắt sẽ tự động đặt lên bằng 1 khi có sự kiện gây ngắt xảy ra, bất kể sự kiện đó cóđược cho phép ngắt hay không Do vậy, trước khi cho phép một ngắt, ta nên xóa

cờ của ngắt đó để đảm bảo sau khi cho phép, các sự kiện gây ngắt trong quá khứkhông thể gây ngắt nữa

8051 có 2 ngắt ngoài là INT0 và INT1 Ngắt ngoài được hiểu là ngắt được gây

ra bởi sự kiện mức lôgic 0 (mức điện áp thấp, gần 0V) hoặc sườn xuống (sựchuyển mức điện áp từ mức cao về mức thấp) xảy ra ở chân ngắt tương ứng (P3.2với ngắt ngoài 0 và P3.3 với ngắt ngoài 1) Việc lựa chọn kiểu ngắt được thực hiệnbằng các bit IT (Interrupt Type) nằm trong thanh ghi TCON Đây là thanh ghi điềukhiển timer nhưng 4 bit LSB (bit0 3) được dùng cho các ngắt ngoài

Khi bit ITx = 1 thì ngắt ngoài tương ứng được chọn kiểu là ngắt theo sườn xuống,ngược lại nếu bit ITx = 0 thì ngắt ngoài tương ứng được sẽ có kiểu ngắt là ngắt

theo mức thấp Các bit IE là các bit cờ ngắt ngoài, chỉ có tác dụng trong trườnghợp kiểu ngắt được chọn là ngắt theo sườn xuống Khi kiểu ngắt theo sườn xuốngđược chọn thì ngắt sẽ xảy ra duy nhất một lần khi có sườn xuống của tín hiệu, sau

đó khi tín hiệu ở mức thấp, hoặc có sườn lên, hoặc ở mức cao thì cũng không cóngắt xảy ra nữa cho đến khi có sườn xuống tiếp theo Cờ ngắt IE sẽ dựng lên khi

có sườn xuống và tự động bị xóa khi CPU bắt đầu xử lý ngắt Khi kiểu ngắt theomức thấp được chọn thì ngắt sẽ xảy ra bất cứ khi nào tín hiệu tại chân ngắt ở mứcthấp Nếu sau khi xử lý xong ngắt mà tín hiệu vẫn ở mức thấp thì lại ngắt tiếp, cứnhư vậy cho đến khi xử lý xong ngắt lần thứ n , tín hiệu đã lên mức cao rồi thì thôikhông ngắt nữa Cờ ngắt IE trong trường hợp này không có ý nghĩa gì cả.Thôngthường kiểu ngắt hay được chọn là ngắt theo sườn xuống

Khi bit TRx = 1, timerx sẽ đếm, ngược lại khi TRx = 0, timerx sẽ không đếmmặc dù vẫn có xung đưa vào Khi dừng không đếm, giá trị của timer được giữnguyên Các bit TFx là các cờ báo tràn timer, khi sự kiện tràn timer xảy ra, cờ sẽđược tự động đặt lên bằng 1 và nếu ngắt tràn timer được cho phép, ngắt sẽ xảy ra.Khi CPU xử lý ngắt tràn timerx, cờ ngắt TFx tương ứng sẽ tự động được xóa về 0.Giá trị đếm 16bit của timerx được lưu trong hai thanh ghi THx (byte cao) và TLx(byte thấp) Hai thanh ghi này có thể ghi/đọc được bất kỳ lúc nào Tuy nhiên nhàsản xuất khuyến cáo rằng nên dừng timer (cho bit TRx = 0) trước khi ghi/đọc cácthanh ghi chứa giá trị đếm Các timer có thể hoạt động theo nhiều chế độ, đượcquy định bởi các bittrong thanh ghi TMOD (không đánh địa chỉ đến từng bit).

Để xác định thời gian, người ta chọn nguồn xung nhịp (clock) đưa vào đếmtrong timer là xung nhịp bên trong (dành cho CPU) Nguồn xung nhịp này thườngrất đều đặn (có tần số ổn định), do đó từ số đếm của timer người ta có thể nhân vớichu kỳ xung nhịp để tính ra thời gian trôi qua Timer lúc này được gọi chính xácvới cái tên “timer”, tức bộ định thời

Để đếm các sự kiện bên ngoài, người ta chọn nguồn xung nhịp đưa vào đếm

trong timer là tín hiệu từ bên ngoài (đã được chuẩn hóa về dạng xung vuông

0V/5V) Các tín hiệu này sẽ được nối với các bit cổng có dồn kênh thêm các tínhnăng T0/T1/T2 Khi có sự kiện bên ngoài gây ra thay đổi mức xung ở đầu vàođếm, timer sẽ tự động tăng lên 1 đơn vị giống như trường hợp đếm xung nhịp bêntrong Lúc này, timer được gọi chính xác với cái tên khác: “counter”, tức bộ đếm(sự kiện) Nhìn vào bảng mô tả thanh ghi TMOD bên trên, ta có thể nhận thấy có 2

bộ 4 bit giống nhau (gồm GATEx, C/Tx, Mx0 và Mx1) dành cho 2 timer0 và 1 Ýnghĩa các bit là như nhau đối với mỗi timer

Bit GATEx quy định việc cho phép timer đếm (run timer) Nếu GATEx =0,timerx sẽ đếm khi bit TRx bằng 1, dừng khi bit TRx bằng 0 Nếu GATEx = 1,timerx sẽ chỉ đếm khi bit TRx = 1 và tín hiệu tại chân INTx = 1, dừng khi một

trong hai điều kiện trên không còn thỏa mãn Thông thường người ta dùng timervới GATE = 0, chỉ dùng timer với GATE = 1 trong trường hợp muốn đo độ rộngxung vì lúc đó timer sẽ chỉ đếm thời gian khi xung đưa vào chân INTx ở mức cao.Bit C/Tx quy định nguồn clock đưa vào đếm trong timer Nếu C/Tx = 0, timer sẽđược cấu hình là bộ định thời, nếu C/Tx = 1, timer sẽ được cấu hình là bộ đếm sựkiện Hai bit còn lại (Mx0 và Mx1) tạo ra 4 tổ hợp các giá trị (00,01,10 và 11) ứngvới 4 chế độ hoạt động khác nhau của timerx Trong 4 chế độ đó thường chỉ dùngchế độ timer/counter 16bit (Mx1 = 0, Mx0 = 1) và chế độ Auto Reload 8bittimer/counter (Mx1 = 1, Mx0 = 0).Trong chế độ timer/counter 16bit, giá trị đếm(chứa trong hai thanh ghi THx và TLx) tự động được tăng lên 1 đơn vị mỗi lầnnhận được thêm một xung nhịp Khi giá trị đếm tăng vượt quá giá trị max = 65535thì sẽ tràn về 0, cờ ngắt TFx được tự động đặt = 1 Chế độ này được dùng trongcác ứng dụng đếm thời gian và đếm sự kiện Trong chế độ Auto Reload 8bit, giá trịđếm sẽ chỉ được chứa trong thanh ghi TLx, còn giá trị của thanh ghi THx bằngmột số n (từ 0 đến 255) do người lập trình đưa vào Khi có thêm 1 xung nhịp, giátrị đếm trong TLx đương nhiên cũng tăng lên 1 đơn vị như bình thường Tuy nhiêntrong trường hợp này, giá trị đếm lớn nhất là 255 chứ không phải 65535 nhưtrường hợp trên vì timer/counter chỉ còn 8bit Do vậy sự kiện tràn lúc này xảy ranhanh hơn, chỉ cần vượt quá 255 là giá trị đếm sẽ tràn Cờ ngắt TFx vẫn được tựđộng đặt = 1 như trong trường hợp tràn 16bit Điểm khác biệt là thay vì tràn về 0,giá trị THx sẽ được tự động nạp lại (Auto Reload) vào thanh ghi TLx, do đótimer/counter sau khi tràn sẽ có giá trị bằng n (giá trị chứa trong THx) và sẽ đếm

từ giá trị n trở đi Chế độ này được dùng trong việc tạo Baud rate cho truyền thôngqua cổng nối tiếp

Để sử dụng timer của 8051, hãy thực hiện các bước sau:

- Quy định chế độ hoạt động cho timer bằng cách tính toán và ghi giá trị cho

các bit trong thanh ghi TMOD