Giáo trình - Xưởng điện tử

=1000 tương đương với khoảng thời gian 1 giây. Enabled TRUE: Timer ở trạng thái hoạt động. FALSE: Timer đặt ở trạng thái vơ hiệu lực. Vi dụ trình hiển thị thời gian. procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); begin caption:=TimeTostr(now()); end; Kết quả. 2.2.8. Đối tượng Comport Đây là thành phần Delphi dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngồi thơng qua cổng Com. Comport được Delphi dặt lớp đối tượng cĩ tên TCOMPORT Tình huống thường được sử dụng của đối tượng TCOMPORT là OnAfterClose ( đĩng cổng Com), OnAfterOpen ( mở cổng Com), OnRxChar (nhận dữ liệu từ cổng Com). Ví dụ: Viết một chương trình xuất nhập dữ liệu thơng qua cổng Com Chọn File/New Application từ trình đơn đặt Form1 đối tượng Tedit, 1 đối tượng Tmemo, 5 đối tượng Tbutton thiết lập tình huống và phương thức xử lý từng đối tượng như sau: Đối tượng Thuột tính Giá trị TFORM Name Caption Form1 Delphi Notepad TMEMO Name Lines(…) Memo1 Xĩa trắng TEDIT Name Edit1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 6: Lập trình Thực tập cơng nhân Trang 31 Tex Xĩa trắng TBUTTON Name Caption ButtonOpen Open TBUTTON Name Caption ButtonSetting Setting TBUTTON Name Caption ButtonSend Send TBUTTON Name Caption ButtonClear Clear TBUTTON Name Caption ButtonExit Exit TCOMPORT Name OnRxChar Comport ComportRxChar unit cong; interface uses Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls, CPort; type TForm1 = class(TForm) Panel1: TPanel; Memo1: TMemo; ButtonOpen: TButton; Edit1: TEdit; ButtonSend: TButton; ButtonExit: TButton; ComPort: TComPort; ButtonSettings: TButton; ButtonClear: TButton; procedure ButtonExitClick(Sender: TObject); procedure ButtonOpenClick(Sender: TObject); procedure ButtonSettingsClick(Sender: TObject); procedure ButtonSendClick(Sender: TObject); procedure ComportRxChar(Sender: TObject; Count: Integer); procedure ButtonClearClick(Sender: TObject); procedure Memo1Change(Sender: TObject); private { Private declarations } public { Public declarations } end; var Form1: TForm1; Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 6: Lập trình Thực tập cơng nhân Trang 32 implementation {$R *.DFM} // Đĩng cổng Com và exit chương trình procedure TForm1.ButtonExitClick(Sender: TObject); begin Comport.Close; Close; end; // Đĩng mở Cổng Com procedure TForm1.ButtonOpenClick(Sender: TObject); begin if ComPort.Connected then // Kiểm tra cổng Com cĩ mở khơng begin Comport.Close; // Nếu mở thì ta đĩng cổng lại và hiển thị ‘ Close’ ButtonOpen.Caption:='Close'; end else begin Comport.Open; ButtonOpen.Caption:='Open'; end; end; // Đặt các tham số cho cổng Com procedure TForm1.ButtonSettingsClick(Sender: TObject); begin Comport.ShowSetupDialog; Comport.Open; end; // Gửi dữ liệu ra cổng Com procedure TForm1.ButtonSendClick(Sender: TObject); var i: byte; s: string; begin if edit1.Text='' then exit; s:=chr(strtoint(edit1.Text)); // s:=edit1.text; for i:=1 to length(s) do comport.WriteStr(s[i]); //Nhận dữ liệu từ Edit1 ghi ra cổng Com end; // Nhận dữ liệu từ cổng com xuất ra Memo1 procedure TForm1.ComportRxChar(Sender: TObject; Count: Integer); var str:string; begin Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 6: Lập trình Thực tập cơng nhân Trang 33 comport.ReadStr(str,count); //Memo1.Text := Memo1.Text + str; Memo1.Text := inttostr(ord(str[1])); end; // Xĩa vùng Memo1 procedure TForm1.ButtonClearClick(Sender: TObject); begin Memo1.Lines.Clear; end; procedure TForm1.Memo1Change(Sender: TObject); begin end; end. Khi chạy chương trình ta được. III. PHẦN THỰC TẬP CỤ THỂ • Viết chương trình xuất nhập dữ liệu. - Giới thiệu về tổ thực tập - Thiết lập cổng com - Đĩng, mở cổng - Gửi dữ liệu ra cổng COM - Nhận dữ liệu từ cổng COM và hiển thị *. Yêu cầu sinh viên thao tác nhanh, trang trí đẹp. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 34 BÀI 7 GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU - Hiện nay, vi xử lý và vi điều khiển đĩng vai trị rất quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Các bộ điều khiển dùng linh kiện rời dần dần được thay thế bởi các bộ điều khiển dùng vi xử lý. Mặc dù đã được học các vấn đề cơ bản như quét bàn phím, quét bảng đèn, điều khiển động cơ bước, điều rộng xung,… tuy nhiên đa số sinh viên đều gặp nhiều khĩ khăn khi phải phối hợp các lý thuyết cơ bản trên để được chương trình hồn chỉnh điều khiển một đối tượng cụ thể. Mục đích của bài thực hành này giúp sinh viên làm quen với vi điều khiển thơng dụng hiện nay và ứng dụng chúng để điều khiển các đối tượng cụ thể. Bài thực hành tập trung vào phương pháp thiết kế chương trình sao cho dễ sửa chữa, mở rộng. - Bài thực hành này yêu cầu sinh viên phải biết trước cấu tạo và lập trình 89C51 II. NỘI DUNG 1. Kiến trúc của vi điều khiển 8951. 2. IC vi điều khiển 8951 thuộc họ MCS51 cĩ các đặc điểm sau : + 4 kbyte Flash. U1 AT89C51 9 18 19 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 RST XTAL2 XTAL1 PSEN ALE/PROG EA/VPP P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 35 + 128 byte RAM + 4 port I/0 8 bit + Hai bộ định thời 16 bits + Giao tiếp nối tiếp + 64KB khơng gian bộ nhớ chương trình ngồi + 64 KB khơng gian bộ nhớ dữ liệu ngồi a.Port0: là port cĩ 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của MC 8951. Trong các thiết kế cỡ nhỏ khơng dùng bộ nhớ ngồi, P0 được sử dụng như là những cổng I/O. Cịn trong các thiết kế lớn cĩ yêu cầu một số lượng đáng kể bộ nhớ ngồi thì P0 trở thành các đường truyền dữ liệu và 8 bit thấp của bus địa chỉ. b. Port1: là một port I/O chuyên dụng, trên các chân 1-8 của MC8951. Chúng được sử dụng với một múc đích duy nhất là giao tiếp với các thiết bị ngồi khi cần thiết. c. Port2: là một cổng cĩ cơng dụng kép trên các chân 21 – 28 của MC 8951. Ngồi chức năng I/O, các chân này dùng làm 8 bit cao của bus địa chỉ cho những mơ hình thiết kế cĩ bộ nhớ chương trình ROM ngồi hoặc bộ nhớ dữ liệu RAM cĩ dung lượng lớn hơn 256 byte. d. Port3: là một cổng cĩ cơng dụng kép trên các chân 10 – 17 của MC 8951. Ngồi chức năng là cổng I/O, những chân này kiêm luơn nhiều chức năng khác nữa liên quan đến nhiều tính năng đặc biệt của MC 8951, được mơ tả trong bảng sau: Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RxD TxD 0INT 1INT T0 T1 ƯWR RD Ngõ vào dữ liệu nối tiếp. Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp. Ngắt ngồi 0. Ngắt ngồi 1. Ngõ vào TIMER 0. Ngõ vào của TIMER 1. Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngồi. Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngồi. Bảng 2.1 : Chức năng của các chân trên port3 e. PSEN (Program Store Enable): 8951 cĩ 4 tín hiệu điều khiển, PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nĩ là tín hiệu điều khiển để cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh của chương trình. Tín hiệu PSEN ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức cao. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 36 f. ALE (Address Latch Enable ): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lý 8585, 8088. 8951 dùng ALE để giải đa hợp bus địa chỉ và dữ liệu, khi port 0 được dùng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp: vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của địa chỉ 16 bit . ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngồi trong nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đĩ, các đường Port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nữa sau chu kỳ của chu kỳ bộ nhớ. Các xung tín hiệu ALE cĩ tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và cĩ thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống. Nếu xung trên 8951 là 12MHz thì ALE cĩ tần số 2MHz. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8951. g. EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được nối lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng. Người ta cịn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8951. h. RST (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của 8951. Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi trong 8951 được đưa vào những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. i.OSC: 8951 cĩ một bộ dao động trên chip, nĩ thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Tần số thạch anh thơng thường là 12MHz. j. POWER: 8951 vận hành với nguồn đơn +5V ( 20%. Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND) được nối vào chân 20. 2. Tìm hiểu về tập lệnh của 89C51. Một số lệnh thường gặp. ACALL addr11 : Gọi chương trình con(gọi đến địa chỉ tuyệt đối). Mơ tả: ACALL gọi khơng điều kiện một chương trình con đặt tại địa chỉ được chỉ ra trong lệnh. Lệnh này tăng nội dung của PC bởi 2 để PC chứa địa chỉ của lệnh kế lệnh ACALL, sau đĩ cất nội dung 16 bit của PC vào stack(Byte thấp cất trước) và tăng con trỏ stack SP bởi 2. Do vậy chương trình con được gọi phải được bắt đầu trong cùng khối 2K của bộ nhớ chương trình với Byte đầu tiên của lệnh theo sau lệnh ACALL. Các cờ khong bị ảnh hưởng. LCALL addr16 : Gọi chương trình con. Chương trình con được gọi phải được bắt đầu trong cùng khối 64K của bộ nhớ chương trình với Byte đầu tiên của lệnh theo sau lệnh LCALL. Các cờ khong bị ảnh hưởng. ADD A,: Cộng Mơ tả: ADD Cộng nội dung của một byte ở địa chỉ được chỉ ra trong lệnh với nội dung thanh chứa và đặt kết quả vào thanh chứa. ADD cĩ 4 kiểu định địa chỉ cho tốn hạn nguồn: thanh ghi, trực tiếp, thanh ghi gián tiếp hoặc tức thời. AJMP addr11: Nhảy đến địa chỉ tuyệt đối. Đích nhảy đến phải trong cùng khối 2K của bộ nhớ chương trình với byte đầu tiên của lệnh theo sau lệnh AJMP. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 37 ANL ,: thực hiện phép tốn AND từng bít giữa hai tốn hạng được chỉ ra trong lệnh và lưu kết quả vào tốn hạn đích. Các cờ khơng bị ảnh hưởng. CJNE ,,rel : So sánh và nhảy nếu khơng bằng. Cờ nhớ được set bằng 1 nếu giá trị nguyên khơng dấu của tốn hạn trước nhỏ hơn giá trị nguyên khơng dấu của tốn hạn sau. Ngược lại cờ nhớ bị xố. CLR bit: Xố bít. CPL bit: Lấy bù bit. DEC byte: Byte chỉ ra trong lệnh được giảm đi 1, cờ nhớ khơng bị anhư hưởng. DIV AB: chia số nguyên khơng dấu 8 bit chứa trong thanh chứa cho số nguyên khơng dấu 8 bít chứa trong thanh ghi B. Thương số chứa trong thanh chứa A cịn dư số chứa trong thanh ghi B. DJNZ ,<rel-addr): giảm byte chỉ ra trong tốn hạn đầu trong lệnh và rẽ nhánh đến địa chỉ được chỉ ra bưởi tốn hạn thứ hai trong lệnh nếu kết quả sau khi giảm khác 0. INC byte: Byte chỉ ra trong lệnh được tăng bởi 1, cờ nhớ khơng bị anhư hưởng. JB bit,ret : Nhảy nếu bít được set bằng 1. MOV dest-byte>, : Di chuyển nội dung của tốn hạng nguồn đến tốn hạn đích. MUL AB: Nhân các số nguyên khơng dấu 8 bit chứa trong thanh chứa A và trong thanh ghi B. Byte thấp của tích số 16 bit được cất trong thanh chứa cong byte cao cất trong thanh ghi B. RL A: 8 bít trong thanh chứa A được quay trái 1 bit. SETB : Set bit bằng 1. Một số ví dụ. Chương trình hiển thị giây và phút dùng bộ định thời. #include GIAY EQU 31H ; Địa chỉ của RAM lưu giá trị của giây PHUT EQU 32H ; Địa chỉ của RAM lưu giá trị của phút ORG 00H LJMP MAIN ORG 001BH ;Vector của bộ định thời 1 LJMP T0ISR ORG 0030H MAIN: MOV R1,#0 MOV GIAY,#0 MOV PHUT,#0 LAP: MOV A,GIAY CJNE A,#60,HT INC PHUT MOV GIAY,#00H MOV A,PHUT CJNE A,#60,HT MOV PHUT,#00H Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 38 HT: MOV A,GIAY ACALL HTGIAY MOV A,PHUT ACALL HTPHUT MOV TMOD,#12H MOV IE,#8AH ;Cho phép ngắt do các bộ định thời SETB TF1 ; Buột ngắt do bộ định thời 1 CJNE R1,#100,LAP MOV R1,#0 INC GIAY LJMP LAP ; Chương trình ngắt T0ISR: CLR TR1 MOV TH1,#HIGH(-10000) MOV TL1,#LOW(-10000) SETB TR1 INC R1 RETI ; Chương trình con hiển thị giây HTGIAY: MOV B,#10 DIV AB ADD A,#10H MOV P2,A ACALL DELAY MOV A,B ADD A,#00 MOV P2,A ACALL DELAY RET ; Chương trình con hiển thị phút HTPHUT: MOV B,#10 DIV AB ADD A,#30H MOV P2,A ACALL DELAY MOV A,B ADD A,#20H MOV P2,A ACALL DELAY RET DELAY: MOV R0,#200 DJNZ R0,$ RET END Chương trình sử dụng ngắt ngồi 0. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 39 #include ORG 00H LJMP MAIN LJMP EXOISR ;Địa chỉ vector EXT 0 ORG 001BH LJMP T0ISR ORG 0030 MAIN: SETB IT0 ; Tác động cạnh âm MOV TMOD,#11H MOV IE,#81H ; Chỉ cho phép EX0 LJMP $ EXOISR: SETB TF1 ; Buột ngắt do bộ định thời 1 SETB ET0 SETB ET1 ; Cho phép các ngắt do bộ định thời RETI T0ISR: CLR TR1 MOV TH1,#HIGH(-50000) MOV TL1,#LOW(-50000) SETB TR1 CPL P0.1 ; Tạo xung ra RETI END 3. Điều khiển cơng suất. - Điều khiển tải DC: R1 Q2 R0 Vcc p1.0 Rtai Đây là sơ đồ điều khiển khá đơn giản cả về phần cứng lẫn phần mềm, tuy nhiên sơ đồ thường chỉ áp dụng để điều khiển các tải DC cơng suất nhỏ. dm on T dmhd IT TdtI T I on == ∫ 0 21 Ton: Thời gian dịng điện chạy qua tải TOFF: Thời gian dịng điện khơng chạy qua tải T = Ton + TOFF Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 40 Vậy muốn tăng dịng điện qua tải thì ta tăng Ton. Khi Ton = T thì dịng điện qua tải là lớn nhất. - Điều khiển tải AC: Ta dùng phương pháp điều khiển gĩc pha là phương pháp thay đổi gĩc kích α của Triac để làm biến đổi điện áp đặt lên tải, khi gĩc kích α = 0 thì coi như tồn bộ điện áp lưới đặt lên tải nếu như ta bỏ qua sụt áp trên Triac. Ưu điểm của phương pháp này là điều khiển liên tục và chính xác hơn. Q2 Rt Tai AC V1 220V R1 R2 Q1 TRIAC p1.0 R0 5V Hình :Sơ đồ mạch điều khiển Vtải Ig VAC Hình : Sơ đồ dạng sóng trên tải α Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 41 Giá trị điện áp hiệu dụng trên tải : Uo =    ∫π θθπ 2 0 2)sin( 2 1 2/1 dUm =    ∫π α θθπ dUm )sin( 1 2 2/1 = 2/1 ) 2 2sin( 2 1    +− ααππU m = 2/1 ) 2 2sin(1    +− ααππU Trong đĩ, U và Um lần lượt là giá trị điện áp hiệu dụng và điện áp đỉnh trên tải cịn α là gĩc kích dẩn Triac. Từ đây, suy ra cơng suất trên tải là : P = Uo* Io = R U 20 =       +− 2 2sin1 2 ααππR U P =    +− π π π α 2 2sin1 2 R U Trong đĩ, P là cơng suất tiêu thụ trên tải cịn R là trở kháng của tải. Như vậy, cơng suất tiêu thụ trên tải phụ thuộc vào gĩc kích dẩn α, khi gĩc kích α tăng thì P giảm và ngược lại, tại α= 0 cơng suất là lớn nhất và bằng cơng suất danh định của tải, tại giá trị α = π cơng suất tiêu thụ nhỏ nhất P = 0. Nghĩa là, bằng cách thay đổi gĩc kích dẩn α ta sẽ điều khiển được cơng suất tiêu thụ trên tải. 4. Điều khiển động cơ bước. - Đặc điểm chung của động cơ bước: Động cơ bước thực chất là động cơ đồng bộ hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiết nhau. Khi một xung dịng điện hoặc điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước, thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một gĩc nhất định, và được gọi là bước của động cơ, khi các xung dịng điện đặt vào cuộn dây phần ứng liên tục thì roto sẽ quay liên tục. Vị trí của động cơ bước được xác định bằng số lượng xung và vận tốc của động cơ tỷ lệ với tần số xung và được xác định bằng số bước/giây.Tính năng làm việc của động cơ bước được đặc trưng bởi bước được thực hiên, đặc tính gĩc (quan hệ của momen địên từ theo gĩc giữa trục của roto và trục của từ trường tổng, tần số xung giới hạn sao cho các quá trình quá độ, khi hồn thành một bước cĩ thể tắt đi trước khi bắt đầu bước tiếp theo.Tính năng mở máy của độn g cơ, Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 42 được đặc trưng bởi tần số xung cực đại cĩ thể mở máy mà khơng làm cho roto mất đồng bộ ( bỏ bước) Bước của động cơ (giá trị của gĩc giữa hai vị trí ổn định kế nhau của roto) càng nhỏ thì độ chính xác trong điều khiển càng cao. Bước của động cơ phụ thuộc vào số cuộn dây phần ứng, số cực của stato, số răng của roto và phương pháp điều khiển bứơc đủ hoặc điều khiển nửa bước. Tuỳ theo yêu cầu về độ chính xác và kết cấu của động cơ mà bước của động cơ thay đổi trong giới hạn từ 0,180 ÷1800. Trong đĩ: động cơ bước nam châm vĩnh cữu dạng cực mĩng và cĩ từ trở thay đổi từ 60 ÷450, động cơ bước cĩ từ trở thay đổi cĩ gĩc bước nằm trong giới hạn từ 1,80 ÷ 300 và động cơ bước hỗn hợp cĩ gĩc bước thay đổi trong khoảng 0,360÷150. Các giá trị gĩc của các loại động cơ kể trên được tính trong chế độ điều khiển bước đủ. Chiều quay của động cơ bước khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộng dây phần ứng được cấp xung điều khiển. Số cuộn dây phần ứng ( hay cịn gọi là cuộn dây pha) của động cơ bước đựợc chế tạo từ 2 ÷ 5 cuộn dây pha ( hay cịn gọi là bối dây và được đặt đối diện nhau trong các rãnh ở stato. Đối với cuộn dây phải cĩ hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lưỡng cực ( cuộc dây cĩ cực tính thay đổi) với 4 cuộn dây cĩ thể dùng cho cả hai chế độ điều khiển đơn cực và điều khiển lưỡng cực Phương pháp điều khiển động cơ bước: Cĩ 3 phương pháp điều khiển động cơ bước: Đầy bước, nữa bước, vi bước nhưng ở đây ta chỉ xét trường hợp đầy bước. Nguyên lý làm việc của động cơ bước là dựa trên sự tác động tương hổ giữa từ trường của stato và roto, hình thành momen điện từ làm quay roto đi một gĩc nhất định. Khi cho xung dịng điện tác động vào cuộn dây pha A A’ roto sẽ quay đến vị trí, mà trục từ trường của roto (cũng chính là trục của roto) trùng với trục từ trường pha A. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 43 Nếu cắt xung dịng điện vào pha A, cho xung dịng điện tác dụng vào cuộn dây BB’ thì véc tơ từ hố của dịng điện sẽ quay đi một gĩc là 180, do đĩ roto cũng quay đi một gĩc 180 để cho trục của từ roto trùng với trục của từ trường tổng. Sau đĩ cắt xung tác động vào pha B và cho dịng điện tác động vào pha A nhưng đổi dấu thì roto quay tiếp một gĩc 180. Nếu tính từ gĩc đầu thì roto đã quay một gĩc 360 Quá trình chuyển phát xung dịng điện tác dụng vào một trong hai pha cho tới khi roto quay một vịng, động cơ sẽ thực hiện được 20 bước (Cịn gọi 20 nhịp) Quá trình chuyển mạch các cuộn dây điều khiển theo một trình tự (A+,B+,A- , B-) và quá trình chuyển mạch theo trình tự (A+,B+),( A+,B-,),(A-,B+),(A-,B-) Trong trường hợp này thì trong một chu trình chuyển mạch cĩ 20 nhịp (bước ) và ở mỗi nhịp cĩ số cuộn dây điều khiển được cấp xung dịng điện cho nhau. Dạng điều khiển này được gọi là điều khiển bước đủ, hay cịn gọi điều khiển đối xứng. Điều khiển động cơ bước 1 pha và hai pha theo phương pháp đầy bước Bảng trạng thái điều khiển động cơ bước 2 pha 4 pha Bước Pha 1 Pha 2 Bước Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 4 1 1 1 1 1 0 1 0 2 -1 1 2 0 1 1 0 3 -1 -1 3 0 1 0 1 4 1 -1 4 1 0 0 1 Điều khiển động cơ 2 pha Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 44 Điều khiển động cơ 4 pha - Từ bảng trạng thái trên ta cĩ thể dùng IC số để tạo mạch điều khiển. Pha2 VCC Pha3 U1A 7486 1 2 3 U2A 7473 14 1 3 12 13 2 J CLK K Q Q CLR VCC U1B 7486 4 5 6 Pha1 State U2B 7473 7 5 10 9 8 6 J CLK K Q Q CLR U1C 7486 9 10 8 U1D 7486 12 13 11 VCC Pha4 Clook - Đặc tính của động cơ bước : Vận tốc của động cơ bước phụ thuộc vào tần số xung điều khiển. Đặc điểm vận tốc của roto trên một bước thể hiện tính dao động của động cơ, đặc tính này cĩ thể được cải thiện bằng việc thiết kế một hộp biến tốc đặc biệt nhằm hạn chế và loại trừ cộng hưởng để cĩ được hằng số thời gian tốt hơn. Khi cĩ một xung dịng điện vào cuộn dây stato, roto động cơ khơng chuyển động ngay từ gĩc này sang gĩc khác mà nĩ dao động một thời gian cần để quay 5% vịng thì mới đạt được vị trí ổn định. Hằng số thời gian phụ thuộc vào momen quán tính của từ thơng Φ. Tần số xung càng cao thì hằng số thời gian điện từ sẽ càng ngắn. Nếu xung điều khiển động cơ cĩ tần số quá cao thì roto sẽ quay liên tục và làm việc quá tần số giới hạn, ở chế độ này động cơ khơng thể dừng đột ngột và cũng khơng thể đảo Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 45 chiều. Muốn thực hiện dừng động cơ cần phải giảm tần số đến vùng làm việc theo bước. 5. Bàn phím - Ma trận phím Đ ể thực hiện ma trận bàn phím ta dùng phương pháp quét phím. Quét cột và đọc dữ liệu tại hàng hoặc ngược lại. Theo hình vẽ thì các cột cách nhau 1 đơn vị, các hàng cách nhau 4 đơn vi. Vậy giá trị của bàn phím được tính theo cơng thức sau Bp= C+h.4 Trong đĩ: Bp: Giá trị của phím được nhấn. C: Cột được quét. H: Hàng cĩ phím nhấn. Ví dụ: Khi ta quét cột C0 mà phím 4 được nhấn thì H1 nhận được tín hiệu. Vậy giá trị nhận được của bàn phím là Bp = 0 + 1.4 = 4. Khi mạch cần nhiều phím thì ta mới tổ chức ma trận phím để giảm số lượng cổng sử dụng cho bàn phím. Chương trình hiển thị bàn phím. #include phim equ 30h ORG 0000H MAIN: ACALL IN_HEX ACALL HT SJMP MAIN ;......................................... IN_HEX: MOV R3,#50 BACK1: ACALL GET_KEY 1 4 2 3 1 4 2 3 1 4 2 3 C3 1 4 2 3 71 4 2 3 P1.3 1 H2 2 C 3 F1 4 2 3 H0 P1.1 1 4 2 3 5 P1.0 1 4 2 3 1 4 2 3 P1.5 E P1.4 1 4 2 3 D 1 4 2 3 64 1 4 2 3 98 0 1 4 2 3 C0 H1 1 4 2 3 P1.6 J1 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 C1 P1.7 1 4 2 3 H3 A C2 1 4 2 3 P1.2 B Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 46 JNB 10,EXP1 DJNZ R3,BACK1 BACK2: MOV R3,#50 BACK3: ACALL GET_KEY JB 10,BACK2 DjNZ R3,BACK3 SETB 11 MOV PHIM,R6 EXP1: NOP RET ;---------------------------------------------------------------------------- GET_KEY: MOV A,#0FEH MOV R2,#0 SCAN_ROW: MOV P0,A MOV R4,A ;luu gia tri cua A vao R4 ;chuan bi quet cac cot va nhay JNB P0.4,ROW_0 JNB P0.5,ROW_1 JNB P0.6,ROW_2 JNB P0.7,ROW_3 ;khong co phim an thi chuyen den cot tiep theo MOV A,R4 ;lay lai ma lan truoc tu r4 RL A ;quay trai 1 bit de chuyen den cot ke tiep INC R2 ;tang so lan quet len 1 CJNE R2,#4,SCAN_ROW ;khong du 4 cot thi quay lai quet SETB P2.6 SJMP NO_CODE ROW_0: MOV A,R2 ADD A,#0 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_1: MOV A,R2 ADD A,#4 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_2: MOV A,R2 Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 47 ADD A,#8 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_3: MOV A,R2 ADD A,#12 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT NO_CODE: ;NEU KHONG CO PHIM AN THI XOA BIT 10 CLR 10 EXIT: RET HT: MOV B,#10 DIV AB ADD A,#10H MOV P2,A ACALL DELAY MOV A,B ADD A,#00 MOV P2,A ACALL DELAY RET DELAY: MOV R0,#200 DJNZ R0,$ RET END Khi mạch khơng cần nhiều phím thì ta cĩ thể dùng phím như sau: 6. Hiện thị *. Khi giao tiếp với LED 7 đoạn ta cĩ nhiều cách giao tiếp khác nhau. - Xuất dữ liệu trực tiếp ra cổng: chỉ sử dụng khi cĩ ít led hiển thị. - Khi cĩ nhiều LED hiển thị thì ta dùng phương pháp quét cĩ sơ đồ mạch cơ bản như sau: Vcc R1 R 1 4 2 3 p1.0 Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 48 R4 Q7 led8 c led4 Q6 R11 R9 d e Q2 R2 b Q4 J2 DATA LED7D 1 2 3 4 5 6 7 8J3 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 R12 0 g 5V R16 R3 R7 f 0 R14 R18 Q5 R10 Q1 led3 R6 Q8 led2 led5 Q3 VCC_CIRCLE R1 U2 7447 7 1 2 6 4 5 3 13 12 11 10 9 15 14 16 8 D0 D1 D2 D3 BI/RBO RBI LT A B C D E F G V C C G N D led1 a R13 R15 led6 R5 led7 R8 R17 J1 DIEU KHIEN LED 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC_CIRCLE U1 74LS138 1 2 3 15 14 13 12 11 10 9 7 16 8 6 4 5 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 V C C G N D G1 G2A G2B III. PHẦN THỰC TẬP CỤ THỂ - Thực hiện mạch kít vi điều khiển 89C51 - Thực hiện mạch ma trận bàn phím - Thực hiện mạch hiển thị 6 LED 7 đoạn. - Viết chương trình nhập dữ liệu từ bàn phím lưu vào vùng đệm. - Nhận dữ liệu từ vùng đệm xuất ra LED - Cấp nguồn cho mạch và kiểm tra. Mạch phải đảm bảo kỹ thuật và hoạt động ổn định. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 49 BÀI 8 MẠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT I. Mục đích yêu cầu. - Các ứng dụng về điều khiển cục bộ ngày càng trở nên lỗi thời và lạc hậu bởi sự hạn chế về chất lượng điều khiển, chi phí nhân cơng... Giải pháp về đo lường và điều khiển tập trung đã và đang tỏ ra hiệu quả trong các ứng dụng vừa và nhỏ, bởi giá thành, chất lượng điều khiển, độ tin cậy,... - Trong bài này sinh viên tìm hiểu được vấn đề cơ bản về giám sát và điều khiển thiết bị từ xa theo chuẩn RS485. II. Nội dung Khi gia nhập tổ chức thương mại Quốc tế WTO, các nhà doanh nghiệp trong nước cĩ nhiều thuận lợi và chắc chắn cũng phải đối mặt với nhiều khĩ khăn khi phải gia nhập vào tổ chức này. Một trong những khĩ khăn đĩ là cơ sở vật chất của ta cịn sơ sài, việc làm chủ cơng nghệ của ta cịn yếu. Do vậy sản phẩm của chúng ta làm ra tính cạnh tranh sẽ khơng cao, hoặc khơng đáp ứng được các tiêu chuẩn của các nước nhất là trong lĩnh vực dược phẩm, điện tử, thực phẩm và chế biến thực phẩm. Để cĩ được chứng nhận này, khơng thể làm thủ cơng ghi chép bằng tay vào sổ sách. Mà tất cả quá trình này phải được thực hiện bằng máy tính được gọi là tiêu chuẩn GAMP (Good Automated Manufacturing Practices). Các doanh nghiệp cũng cần phải nâng cao hiệu suất hoạt động, tiết kiệm chi phí sản xuất để tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Một trong những lí do trên làm chúng ta phải nghĩ đến việc lắp đặt mạng cơng nghiệp để tăng cường sự can thiệp của máy tính và các bộ điều khiển thay thế cho con người. Cĩ như thế các doanh nghiệp mới cĩ thể đứng vững trong quá trình hội nhập mà khơng lạc hậu Mạng cơng nghiệp là hệ thống mạng tuyền thơng số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị cơng nghiệp. Các hệ thống truyền thơng cơng nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến các trạm máy tính điều hành và quản lý cơng ty. 1. Điều khiển: Sử dụng Bus trường truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển với nhau và thiết bị ở cấp chấp hành. Chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Bus trường chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính thời gian thực được đặt lên hàng đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong phạm vi từ 0,1 đến vài miligiây. 2. Điều khiển trung tâm. Điều khiển trung tâm là nơi tập hợp các máy tính/server nối mạng LAN với nhau và chúng được nối đến các bộ điều khiển, các thiết bị điều khiển của nhà máy qua các đường truyền thơng như Ethernet, RS232, RS485… Các máy tính tại phịng điều khiển trung tâm này được cài các phần mềm để đảm nhận các chức năng sau: Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 50 Chức năng giám sát và điều khiển (HMI – Human Machine Interface): chức năng này giúp các kĩ sư vận hành cĩ thể theo dõi được trạng thái của nhà máy trên màn hình máy tính, thiết lập các thơng số set-point lập lịch chạy cho từng bộ điều khiển/thiết bị mà khơng cần phải xuống sàn nhà máy. Chức năng cảnh báo (Alarm): cảnh báo để báo hiệu cho người vận hành cần phải thao tác khẩn cấp ở các bộ phận khơng an tồn, cĩ nhiều mức cảnh báo và chúng được thể hiện trên màn hình máy tính hoặc cịi. Chức năng thu thập và lưu trữ số liệu (Database): máy tính sẽ thực hiện thao tác lưu trữ lại tất cả những gì xảy ra trong hệ thống theo phương thức chu kì (cyclic) hoặc sự kiện (event) theo thời gian thực. Chức năng này rất quan trọng trong nhà máy, GAMP và ERP (Enterprise Resource Planning) sẽ khai thác từ cơ sở dữ liệu này để tạo các báo cáo, biểu đồ. Đối với các nhà máy ở Mỹ thì dữ liệu phả hệ phải được lưu trữ theo luật sau: 6 tháng đối với các các thực phẩm cĩ hạn sử dụng là 60 ngày hoặc ít hơn, 1 năm đối với hạn sử dụng từ 60 ngày đến 6 tháng và 2 năm đối với hạn từ 6 tháng đến 1 năm. Chức năng báo cáo, truy vấn (Report & Query): các báo cáo này được tạo từ cơ sở dữ liệu của nhà máy, quan trọng hơn cả các báo cáo này phải cĩ khả năng tìm kiếm và cập nhật kết quả theo thời gian thực, cĩ như vậy các báo cáo này mới giúp các bộ phận, phịng ban cĩ được kết quả trung thực để phản ứng kịp thời đối với nhà máy như chất lượng sản phẩm hiện tại, lập kế hoạch cho giai đoạn kế tiếp là cần phải làm gì? Chức năng đưa ra các đồ thị khuynh hướng (Trending): chức năng này giúp các nhà quản lý, kỹ sư vận hành biết được hiệu suất làm việc của hệ thống trong quá khứ, hiện tại để dự đốn trong tương lai. Dựa vào các trending này các kỹ sư cĩ thể biết cần phải điều chỉnh ở khâu nào để nâng cao hiệu suất làm việc cũng như tiết kiệm năng lượng cho nhà máy. Kế hoạch bảo trì bảo dưỡng định kì. Chức năng bảo mật (Security): giúp an tồn thơng tin tránh các truy cập trái phép làm mất hoặc hỏng thơng tin, bảo mật sẽ được thiết lập cho từng cấp, từng ứng dụng như kỹ sư vận hành chỉ được phép điều khiển ở những khu vực nào, thay đổi các thơng số nào? Phịng bảo trì, bảo dưỡng, kế tốn được truy xuất các cơ sở dữ liệu gì trong nhà máy. 3. Điều hành sản xuất. Kết nối các máy tính văn phịng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển trung tâm. Thơng tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính tốn, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thơng tin theo chiều ngược lại là các thơng số thiết kế, cơng thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành. Điều hành sản xuất khơng yêu cầu nghiêm ngật về tính thời gian thực, nhưng lượng thơng tin với số lượng lớn tới hàng Mbyte. Hai loại mạng được dùng phổ biến trong mục đích này là Ethernet và Token - Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 51 4. Khảo sát giao thức và cấu trúc mạng sử dụng. Mơ hình TCP/IP: Mơ hình TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) là mơ hình cho mạng Internet được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Cấu trúc các lớp của TCP/IP cĩ một số điểm tương đồng với mơ hình OSI (Open System Interconnect) nhưng cĩ bỏ bớt một số lớp. So với 7 lớp của mơ hình OSI, cấu trúc TCP/IP chỉ cĩ 4 lớp sau đây: Điều hành sản xuất Mạng xí nghiệp Bus hệ thống Điều khiển trung tâm Bơm ĐK Động cơ Van Cảm biến Điều khiển trung tâm Cơ cấu chấp hành Điều khiển Bus trường Hình 4.1: Cấu hình của một mạng cơng nghiệp Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 52 Lớp truy xuất mạng: Network Access Layer. Lớp liên mạng: Internet Layer. Lớp vận chuyển: Transport Layer. Lớp ứng dụng: Application Layer. 4.1. Chức năng của các lớp: Lớp truy xuất mạng (Network Access Layer): Lớp truy xuất mạng đại diện cho các bộ phận kết nối vật lý như cáp, bộ chuyển đổi (Adapter), card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy cập mạng. Lớp này cĩ nhiệm vụ trao đổi dữ liệu giữa các máy chủ và mạng. TCP/IP khơng định nghĩa lớp này mà dùng các chuẩn cĩ sẵn như IEEE, X25, RS232, ETHERNET,... Lớp liên mạng (Internet Layer): Chịu trách nhiệm cung cấp địa chỉ logic cho giao diện mạng vật lý để điều khiển việc truyền thơng tin giữa các máy. Lớp này nhận dữ liệu từ lớp vận chuyển, TCP/IP Application Presentation Application Session Network Internet Data link Network access Transport OSI Physical Transport Hình 4.2: Cấu trúc 4 lớp của mơ hình TCP/IP so với mơ hình OSI Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 53 đĩng gĩi thành các IP datagram với các IP header chứa thơng tin của việc truyền dữ liệu, sau đĩ chuyển xuống lớp truy xuất mạng để truyền. Lớp này cũng cung cấp các giao thức để thơng báo lỗi. Lớp vận chuyển: Lớp vận chuyển cĩ nhiệm vụ phân phát dữ liệu tới các chương trình ứng dụng khác nhau. Lớp này cĩ hai nghi thức quan trọng là TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol). Đơn vị dữ liệu ở lớp này là các bản tin. Lớp ứng dụng: Đây là lớp cao nhất, dùng để truy xuất các dịch vụ trên mạng bằng các chương trình ứng dụng. Một chương trình ứng dụng sẽ tương tác với các nghi thức của lớp này để gửi và nhận dữ liệu. Các dịch vụ trên lớp này gồm cĩ: truyền thư (SMTP), truyền nhận file (FTP) , truy cập từ xa (TELNET)… 4.2. Nghi thức Ethernet: Lớp truy xuất mạng trong TCP/IP sử dụng các nghi thức mạng cĩ sẵn như : Ethernet, IEEE 802, X25, Frame Relay, ATM. Trong các mạng LAN, nghi thức được sử dụng phổ biến nhất là mạng Ethernet. Ethernet: Dựa trên điều khiển đa truy cập CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect). Các chức năng cơ bản của Ethernet là: ¾ Truyền và nhận các gĩi dữ liệu. ¾ Giải mã các gĩi và kiểm tra địa chỉ trước khi phát cho phần mềm lớp trên. ¾ Kiểm tra lỗi. Điều khiển đa truy cập CSMA: Trước khi truyền dữ liệu trên mạng, một trạm Ethernet phải lắng nghe hoạt động của kênh truyền. Nếu phát hiện kênh truyền bị bận, nĩ sẽ chờ mà khơng truyền. Nếu kênh truyền trống thì nĩ sẽ truyền. Sau bit cuối cùng của một khung truyền trạm Ethernet phải đợi một khoảng thời gian nhất định để tạo một khoảng cách giữa các khung. Khoảng cách này chính là thời gian cho phép các trạm khác Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 54 cĩ thể chiếm kênh truyền. Trong trường hợp xảy ra xung đột (khi cĩ hai trạm cùng phát hiện ra kênh trống và truyền dữ liệu lên), trạm Ethernet sẽ phát hiện ra xung đột nhờ so sánh dữ liệu trên đường truyền với dữ liệu đã phát. Cả hai trạm sẽ cùng ngưng phát và chờ trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại. Do thời gian chờ phát lại của mỗi trạm là ngẫu nhiên nên cĩ thể tránh được việc tái xung đột, tuy nhiên nếu điều này xảy ra, các trạm sẽ phải chờ một lần nữa với thời gian chờ ngẫu nhiên tăng lên để giảm xác suất tái xung đột. Định dang khung Ethernet: Preamble (8 byte) Destination Address (6 byte) Source Address (6 byte) Type (2 byte) Data (46 >1500 byte) FCS (3byte) Preamble : Gồm 8 byte: ¾ 7 byte đầu cĩ giá trị 10101010 cĩ chức năng đồng bộ cho phần cứng. ¾ 1 byte cĩ giá trị 10101011 báo cho biết bắt đầu của 1 frame. Destination Address và Source Address: Địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, mỗi trạm Ethernet được gán một địa chỉ 48 bit cố định. Type : Xác định loại dữ liệu. Data: Chứa dữ liệu nhận được từ lớp trên.Trường dữ liệu bao gồm IP Header, TCP, Header, và dữ liệu. Chiều dài của trường dữ liệu từ 46-1500 byte. FCS (Frame Check Sequence): Cho phép trạm nhận xác định việc truyền cĩ bị lỗi hay khơng. 4.3. Khảo sát Token Ring: Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 55 Token Ring cĩ 2 loại khung cơ bản Khung Token: Khung Token cĩ chiều dài 3 byte. ¾ Start: Byte mở đầu. ¾ Access control:Byte điểu khiển. ¾ End :Byte kết thúc. Start Access control End Khung dữ liệu/lệnh: Khung dữ liệu/lệnh cĩ kích thước thay đổi tùy thuộc vào trường thơng tin. Khung dữ liệu mang thơng tin của lớp trên. Trong khi đĩ khung lệnh mang thơng tin điều khiển và khơng chứa thơng tin của lớp trên. Start Access control Frame control Destination address Source address Data FCS End Frame status ¾ Start: Mở đầu khung. ¾ Access control : Phân biệt khung Token hoặc khung lệnh /dữ liệu. ¾ Frame control : Phân biệt loại thơng tin điều khiển. ¾ Destination address: Địa chỉ đến của khung. ¾ Source address: Nơi xuất phát của khung. ¾ Data: Cĩ kích thước thay đổi mang thơng tin. ¾ FCS: Kiểm tra lỗi khung. ¾ End: Kết thúc. ¾ Frame status: Báo trạng thái khung nhận được. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 56 4.4. Đặc điểm của truyền thơng RS -232C, RS-422A, RS485. Thông số RS-232C RS-422 RS-423 RS485 Chiều dài cáp Length(max) 15m (50ft) 1,2km (4000ft) 1,2km (4000ft) 1,2km (4000ft) Tốc độ baud Baud rate 20Kbs/15m 10Mbs/12m 1Mbs/120m 100Kbs/1,2km 10oKbs/12m 10Kbs/120m 1Kbs/1,2km 10Mbs/12m 1Mbs/120m 100Mbs/1,2km Mode Unbalanced Balanced Differential Balanced Differential Balanced Differential Driver No. 1 1 1 32 Receiver 1 10 10 10 Logic 0 +3v -:- +25v +2v-:-+5v +3.6v-:-+6v +1.5v-:-+5v Logic 1 -3v -:- -25v -2v-:- -5v -3.6v -:- -6v -1.5v -:- -5v Community 2v 1.8v 3.4v 1.3v Cable/signal 1 2 2 2 Methode Simplex Simplex Simplex Simplex Phương thức Half-duplex Full-duplex Half-duplex Full-duplex Half-duplex Full-duplex Half-duplex Full-duplex Shotr circuit current 500mA 150mA 150mA 150mA Chuẩn RS-232. Là chuẩn của EIA nhằm định nghĩa giao diện vật lý gữa DTE và DCE (ví dụ như một máy tính và một modem). Chuẩn này sử dụng đầu nối 25 chân, tuy nhiên chỉ cĩ một số ít chân là thực sự cần thiết cho việc liên kết. Về phương diện điện, chuẩn này qui định các mức logic 0 và 1 tương ứng với các điện thế nhỏ hơn -3v và lớn hơi +3v. Tốc độ đường truyền khơng vợt quá 20Kbs và khoảnh cách nhỏ hơn 15m. Chuẩn RS-232C cĩ thể chấp nhân phương thức truyền song cơng (fulll- duplex). Một trong những yêu cầu quan trọng của RS232C là thời gian chuyển từ mức logic này sang mức logic khác khơng vượt quá 4% thời gian tồn tại của một bit. Giả sử với tốc độ truyền 19200 baud thì thời gian truyền mức logic phải nhỏ hơn 0.04/19200 = 2.1s (Điều này làm giới hạn đường truyền, với tốc độ 19200 baud ta cĩ thể truyền xa nhất là 50ft "15.24m"). Một trong những vấn đề quan trọng cần lưu ý khi sử dụng RS232 là mạch thu phát khơng cân bằng ( đơn cực ), tức là tín hiệu vào và ra được so với đất. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 57 Chuẩn RS - 422A. Một cải tiến quan trọng của chuẩn RS232C là chuẩn RS 422A. Chuẩn này sử dụng việc truyền dữ liệu sai lệch (differential data) trên những đường truyền cân bằng. Một dữ liệu sai lêch cần hai dây, một cho dữ liệu khơng đảo (non- inveted) và một đường cho dữ liệu đảo (inverted). Dữ liệu được truyền trên đường dây cân bằng, thường là cặp xoắn với một trở ở đầu cuối. Một IC lái (drver) sẽ biến đổi các mức logic thơng thường thành một cặp tín hiệu sai lệch để truyền. Bên nhận sẽ cĩ một mạch chuyển đổi tín hiệu sai lệch thành các mức logic tương ứng khác. Với chuẩn mới này, tốc độ cũng như khoảng cách được cải thiện nhiều. Chuẩn RS - 485. Giao tiếp EIA RS- 485 là một cải tiến của chuẩn RS422A. Đắc tính điện của nĩ giống như chuẩn RS422A. RS485 là một chuẩn truyền vi sai, sử dụng hai dây cân bằng. Với RS-485 tốc độ truyền cĩ thể đạt đến 10Mbs và chiều dài cáp cĩ thể lên đến 1.2km. Điện áp vi sai ngõ ra từ +1.5v —>+5v nếu là logic 0, mức logic 1 sẽ là -1.5—>-5v. Một đặc điểm quan trọng của RS 485 là cĩ thể cung cấp đến 32 trạm trên cùng một đường truyền. Điều này cho phép tạo thành một mạng cục bộ. Chỉ cĩ một trạm được chọn làm master, các trạm cịn lại đều là slave. Master được quyền truyền bất cứ lúc nào, nĩ sẽ chỉ định một slaver bất kì giao tiếp với nĩ. Slave chỉ cĩ thể truyền sau khi nhận được lệnh của master. Mọi slave cĩ một địa chỉ riêng trên đường truyền và sẽ khơng được truyền nếu khơng cĩ yêu cầu từ master. 4.5. Mạch chuyển đổi và mạng RS-485. Thơng thường các họ vi điều khiển cĩ ngõ truyền thơng theo mức TTL,các thiết bị đầu cuối khác (DTE) cĩ cổng truyền thơng là RS-232. Để cĩ thể nối mạng các thiết bị này ta phải chuyển từ TTL RS-232 sang RS-485. Để thực hiện được chuyển đổi này cĩ rất nhiều vi mạch trên thị trường, nhưng họ vi mạch của hãng MAXIM là phổ biến nhất hiện nay. Tiêu biểu là MAX485 nĩ chuyển từ TTL sang RS-485 và truyền thơng tin theo phương pháp Half-Duplex. Bên trong mổi vi mạch chứa một bộ phát và một bộ thu. Đặc điểm : RS-485 Sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B, thơng tin được đưa trên cặp dây xoắn đơi bán song cơng (Half- Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 58 Duplex).Nghĩa là tại một thời điểm bát kì trên đường truyền chỉ cĩ thể là một thiết bị hoặc là hoặc là nhận. Sơ đồ mạng Half-Duplex RS-485. Sơ đồ mạng Full-Duplex RS-485 Để thực hiện kết nối gữa máy tính và mạch điều khiển ta cần qui định tốc độ và khung dữ liệu giống nhau. Ví dụ: Viết chương trình khi mới Reset mạch thì P1=05H, P2 = 55H và dữ liệu được gửi lên máy tính là 55H. Khi xuất dữ liệu từ máy tính xuống thì dữ liệu được đưa ra P2, P0. DEM EQU 31h ORG 000H MOV DEM,#55H MOV P1,#05H LCALL START MAIN: JNB RI,PHAT ACALL GetChar MOV DEM,A MOV P2,A Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập cơng nhân Trang 59 PHAT: MOV A,DEM MOV P0,A LCALL PUTCHAR LJMP MAIN ;====================================== Start: MOV A,PCON ;Make sure SMOD is off SETB ACC.7 MOV PCON,A ;Set up timer 1 MOV TH1,#0F3h ;4800 baud MOV TMOD,#20h MOV TCON,#40h MOV SCON,#52h ;Set up serial port RET ;========================================================== GetChar:JNB RI,$ ;Wait for receiver flag CLR RI ;Clear receiver flag MOV A,SBUF ;Read character RET ;========================================================== Putchar:JNB TI,$ ;Wait for transmitter flag CLR TI ;clear transmitter flag MOV SBUF,A RET END III. Phần thực tập cụ thể Thi cơng mạch trao đổi dữ liệu gữa mạch và máy tính thơng qua đường truyền theo chuẩn cơng nghiệp. Gồm các bước: • Vẽ sơ đồ khối, sơ đồ mạch và phân tích hoạt động của mạch. • Viết lưu đồ thuật tốn • Viết chương trình xuất nhập dữ liệu gữa vi điều khiển và máy tính. - Trên máy tính viết các chương trình con: + Viết chương trình khởi cổng tốc độ 4800, 8 bit dữ liệu, 1bit stop. + Đĩng mở cổng COM. + Nhận dữ liệu từ kít để hiển thị. +Xuất dữ liệu xuống kit để điều khiển. - Trên vi điều khiển viết các chương trình con: + Viết chương trình khởi cổng tốc độ 4800, 8 bit dữ liệu, 1bit stop. + Chương trình thu, phát dữ liệu. + Nhận dữ liệu từ máy tính lưu vào vùng đệm. + Lấy dữ liệu từ vùng đệm ở trên để hiển thị. + Nhận dữ liệu từ ma trận bàn phím để lưu vào vùng đệm bàn phím. + Lấy dữ liệu từ vùng đệm bàn phím để xuất lên máy tính. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập cơng nhân Trang 60 BÀI 9 THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG ỨNG DỤNG I. Mục đích yêu cầu. - Để tạo ra một sản phẩm cĩ thể ứng dụng được cần phải đảm bảo về các vấn như: chất lượng kỹ thuật, thẩm mỹ, giá thành. - Trong bài này sinh viên tổng hợp tất cả các kiến thức của bài thực tập trước để thiết kế ra mạch ứng dụng cụ thể. II. Nội dung Một phương pháp thường được sử dụng là xây dựng một hệ mở hay như thường nĩi là một hệ phát triển. Tùy thuộc vào nội dung các ứng dụng cụ thể, ta dành thời gian cân nhắc và cụ thể hĩa các bước phát triển để cĩ dược một mạch điện với các tính năng đáp ứng những yêu cầu ứng dụng cần cĩ. - Việc đầu tiên là xác định các yêu cầu đối với thiết bị. - Thể hiện các yêu cầu ứng dụng đặt ra dưới dạng sơ đồ khối và lưu đồ hay giản đồ phân chia thời gian. - Tìm kiếm phần cứng phù hợp với chức năng cần thiết. Biện pháp này giúp người thiết kế khẳng định được linh kiện dùng cho bộ điều khiển trung tâm, linh kiện cần dùng khối I/O. - Kiểm tra xem trên thực tế nĩ cĩ thỏa mãn về tốc độ và cơng suất khơng, độ tin cậy. Nếu khơng thỏa mãn thì ta phải lặp lại bước trên để chọn linh kiện cho phù hợp. - Thiết kế và lắp ráp theo một mạch thử và cho chạy chương trình mẫu trên mạch để kiểm tra mạch. - Chia phần mềm thành những khối dễ quản lý, chúng được viết như những chương trình con và được kiểm tra độc lập. - Cuối cùng phải tích hợp tồn bộ phần cứng, phần mềm và kiểm tra lại cho đến khi mọi thứ đều chạy tốt. - Triển khai hệ thống ra mơi trường đã dự định trước hay vào dây chuyền sản xuất cụ thể để thử nghiệm đến khi mọi yêu cầu đặt ra đều được đáp ứng. Các ký hiệu thường dùng nhất cho việc lập lưu đồ. So sánh Hộp xử lý Khối nhập, xuất Chương trình con Bắt đầu và kết thúc chương trình Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập cơng nhân Trang 61 Một số mạch ứng dụng. 1. Mạch giám sát và điều khiển nhiệt độ cĩ giao tiếp máy tính. - Đọc nhiệt độ từ một vùng cố định. - Cài đặt nhiệt độ tại chỗ và trên máy tính. - Cảnh báo và hiển thị nhiệt độ tại chỗ. - Cảnh báo và hiển thị nhiệt độ trên máy tính. - Điều khiển nhiệt độ theo kiểu ON/OFF 2. Mạch giám sát và điều khiển thiết bị điện cĩ giao tiếp máy tính. - Giám sát và điều khiển thiết bị điện với khoảng cách 1Km(RS485). - Dùng máy tính để điều khiển và giám sát. - Cài đặt thời gian đĩng tắt thiết bị theo ý. 3. Điều khiển thiết bị điện và báo cháy thơng qua đường dây điện thoại. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập cơng nhân Trang 62 - Điện thoại gọi sau 4 hồi chuơng thì chuyển sang chế độ điều khiển. - Bấm số để điều khiển thiết bị. - Khi cĩ cháy thì tự động gọi đến 4 số thuê bao khác nhau để thơng bao. 4. Mạch giám sát và điều khiển đếm sản phẩm cĩ giao tiếp máy tính - Cài đặt và hiển thị số sản phẩm và số thùng tại chỗ. - Máy tính giám sát quá trình đếm sản phẩm. - Lưu được số sản phẩm của từng Ca. 5. Xếp hàng điện tử. - Nhận biết thứ tự người vào theo mã. - Thơng bao người vào bằng loa và LED hiển thị thứ tự người vào. - Tự động hướng dẫn khách hàng chọn đúng quầy phục vụ theo yêu cầu 6. Điều khiển thiết bị điện bằng hồng ngoại. - Tại thiết bị cĩ mạch điều khiển hẹn giờ và cơng suất cho thiết bị. - Mạch điều khiển cĩ bàn phím để nhập thời gian làm việc và cơng suất của thiết bị. - Mạch điều khiển cĩ đường kết nối máy tính để giám sát thiết bị. 7. Mạng đèn giao thơng - Điều khiển ít nhất là hai ngã tư. - Cĩ máy tính để giám sát và điều khiển các ngã tư - Các trạm cĩ thể làm việc độc lập nếu mạng cĩ sự cố. 8. Tổng đài nội bộ. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version - Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập cơng nhân Trang 63 - Một trung kế và 4 thuê bao. - Máy tính giám sát và điều khiển được tổng đài. 9. Robot cơng nghiệp. - Làm việc theo chương trình tự động. - Làm việc cĩ máy tính giám sát và điều khiển * Ngồi các mạch trên sinh viên cĩ thể tự chọn cho mình một mạch khác nhưng được sự cho phép của giáo viên hướng dẫn mới thị cơng. III. Phần thực tập cụ thể - Vẽ sơ đồ khối và giải thích nhiệm của từng khối. - Viết lưu đồ thuật tốn. - Vẽ sơ đồ mạch. - Phân tích hoạt động của mạch. - Tính các tham số. - Thi cơng mạch. - Viết chương trình điều khiển. - Cấp nguồn cho mạch và kiểm tra. * Sinh viên phải kiểm tra từng khối và chương trình con rồi mới nhập vào để hồn thiện. Simpo PDF Mer e and Split Unregistered Version -