Giáo trình Kỹ thuật vi điều khiển - Chương II: Thiết kế KIT vi điều khiển - Lâm Tăng Đức
2.1 Chọn phương án thiet ke
Họ vi điều khiển mà bộ KIT chọn làm thành phần trung tâm là họ 8051, vì những lí do sau đây:
+ Họ 8051 là họ vi điều khiển phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rất rộng rãi trong các ứng dụng Công nghiệp cũng như trong việc chế tạo các sản phẩm dần dụng.
+ Họ 8051 đã và đang là môn học được nằm trong chương trình đào tạo của các trường trung học, cao đẳng và đại học trong cả nước, đây còn là một đối tượng cụ thể cho sinh viên khi bắt đầu nhập mặn vi điều khiển. Vì vậy, việc chọn họ 8051 làm thành phần trung tâm của bộ KIT là phù hợp với chương trình đào tạo và điều kiện học tập của sinh viên.
Vì những lí do trên, và xuất phát từ mục đích, yêu cầu của đồ án là thiết kế một bộ KIT vi điều khiển phục vụ mục đích đào tạo môn học này, ta quyết định chọn phương án sử dụng chip vi điều khiển 89C52 của hãng ATMEL để làm thành phần trung tâm của KIT, cùng với các thành phần bộ nhớ ROM, RAM bên ngoài và các thiết bị ngoại vi phong phú.
Chip vi điều khiển AT89C52 là một bộ vi điều khiển cũng thuộc họ 8051, do đó nó có tất cả những đặc trưng cơ bản của họ này. Ngoài ra nó còn có thêm 1 bộ định thời Timer 2 và 3 nguồn ngất so với 8051.
Tóm tắt nội dung Giáo trình Kỹ thuật vi điều khiển - Chương II: Thiết kế KIT vi điều khiển - Lâm Tăng Đức, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
0 3PB3 3PB2 3PB4 ẹAÀU VAỉO SOÁ 3PB5 3PB4 3PC1 3PC0 3PA0 3PA1 SW22.9 SW22.10 3PB5 SW22.11 SW22.12 3PA2 D22.14 LED SW2 SW KEY-SPDT D22.15 LED OUT5 3PA6 3PC3 D22.16 LED OUT6 D22.17 LED 3PC2 ẹ OÄNG Cễ 1 CH I E ÀU 3PC4 D22.18 LED 3PA0 3PC4 3PA5 3PA1 3PC5 3PA4 3PA2 3PC5 3PA3 RN1 1k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3PC6 3PA3 VCC 3PA2 3PA4 R22.9 1K R22.10 1K 3PC6 R22.11 1K R22.12 1K 3PA1 3PA5 3PC7 U4 ULN2803 COM 10 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 3PA0 3PA6 ẹOÄNG Cễ BệễÙC J_STEPMOTOR HEADER 6 1 2 3 4 5 6 D22.19 LED 3PA7 3PC7 D22.20 LED 12VVCC ẹAÀU VAỉO XUNG Tệỉ CAÙC THIEÁT Bề NGOAỉI NHệ ENCODER 3PA7 D5 3PA0 J5 8255_3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 D6 VAỉO RA XUNG SOÁ ẹOÄNG Cễ BệễÙC VCC 12V GND -5V -12V A0 A1 /WR /RD D0 /CS_8255_PULSE_STEPPER D2 D1 VCC GND -5V D3 -12V 12V D4 D7 3PA1 Linh kiện chính có trong mạch : Động cơ b−ớc Động cơ b−ớc thực hiện việc chuyển các xung điện thành các b−ớc quay mịn của motor. Do có sự t−ơng ứng 1-1 giữa xung điện điều khiển và b−ớc quay của motor nên động cơ b−ớc có độ chính xác dịch chuyển cao. Vì vậy động cơ b−ớc th−ờng đ−ợc sử dụng trong các thiết bị toạ độ chính xác nh− cánh tay robot, máy in, máy vẽ, thiết bị khoa học... Hình 2.21 - Khối vào/ra xung số và điều khiển động cơ b−ớc, động cơ 1 chiều Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 60 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ b−ớc đ−ợc trình bày nh− sau : Nh− hình vẽ trên là loại động cơ b−ớc loại nam châm vĩnh cửu. Roto làm bằng nam châm vĩnh cửu còn các cuộn dây đ−ợc quấn trên stato. B−ớc góc của rôto là 900 . Động cơ có 4 cực đ−ợc đặt ở vị trí đối diện nhau từng cặp một, gồm XX , và YY , . Tuỳ thuộc vào chiều dòng điện chạy qua các cuộn dây mà từ tr−ờng của stato sẽ có một h−ớng nhất định. Do đó roto sẽ đ−ợc định vị chính xác. Việc thay đổi thứ tự chiều dòng điện chạy qua các cuộn dây theo một trình tự nhất định sẽ điều khiển đ−ợc động cơ chạy thuận hay chạy ng−ợc nh− mong muốn. Và tốc độ của động cơ có thể đ−ợc điều chỉnh bằng khoảng thời gian trễ giữa hai lần thay đổi thứ tự chiều dòng điện. Theo chiều kim đồng hồ Ng−ợc chiều kim đồng hồ Hình 2.23 - Nguyên lý cấp xung cho động cơ b−ớc. Hình 2.22 - Nguyên lý cấu tạo của động cơ b−ớc. Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 61 Trong mạch nguyên lý ở hình 2.20 có một header 6 đầu ra để điều khiển động cơ b−ớc (Stepper motor). Loại động cơ b−ớc đ−ợc lắp đặt trên bộ KIT là động cơ b−ớc có điện áp nguồn cấp là 5V và độ phân giải là 200, tức là với mỗi nhịp điều khiển, motor b−ớc sẽ quay một góc = 3600/200 = 1,80. Hình của khối xung số, động cơ b−ớc, động cơ 1 chiều Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 62 2.3.6 Khối hiển thị LED matrix LED matrix 8x8 là một bảng 64 điểm LED bố trí theo kiểu ma trận 8 hàng x 8 cột, tại mỗi điểm 2 LED xanh và đỏ đấu chung Anôt, mỗi hàng gồm 8 điểm cũng đấu chung Anôt với nhau. Nh− vậy ma trận LED có 24 chân : 8 chân Anôt chung, 8 chân điều khiển đèn xanh và 8 chân điều khiển đèn đỏ. Địa chỉ các cổng và thanh ghi điều khiển của 8255 điều khiển LED matrix nh− sau : PA5 : 800Ch PB5 : 800Dh PC5 : 800Eh CW5 : 800Fh Hình 2.24 - Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LED matrix 5PC0 8x8 Bi-Color Led Matrix CLM1 12 A8 13 A4 3 A5 6 A6 9 A7 23 R1 20 R2 11 R8 17 R3 14 R4 5 R6 8 R7 2 R5 16 A3 19 A2 22 A1 2 4 G1 2 1 G2 1 8 G3 1 5 G4 1 G5 4 G6 7 G7 1 0 G8 5PB1 D2 D1 D3 5PC1 D5 D7 U41 ULN2803 COM 10 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 5PC2 5PB2 U42 ULN2803 COM 10 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 5PC3 A0 D1 1 2 5PB3 A1 /RD /WR 5PC4 5PB4 D2 1 2 D3 1 2 D4 1 2 D5 1 2 D6 1 2 D7 1 2 5PC5 5PA4 L E D M A T R A ÄN 5PB5 5PA5 5PC6 DATA (D0-D7) 5PA6 5PB6 GND 5PA7 5PC7 5PB7 TL1 C2383 TL2 C2383 TL3 C2383 TL6 C2383 TL7 C2383 TL8 C2383 VCC VCC VCC 5PA0 5PA3 5PA1 5PA5 5PA2 5PA4 GND 5PA7 5PA6 TL4 C2383 TL5 C2383 RG1 RG3 RG4 RG5 RG6 RG7 RG8 U18 8255 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 V C C 2 6 GND 7 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 D16 1 2 D15 1 2 D14 1 2 D13 1 2 D12 1 2 D10 1 2 D11 1 2 D9 1 2 5PA0 5PA1 5PA2 5PA3 5PB0 5PB1 5PB2 5PB3 8255_5 LED MA TRAÄN ADRRESS: PA_5:800CH PB_5:800DH PC_5:800EH CW_5:800FH 5PB4 5PB5 5PB6 RR1 RR2 5PB7 RR3 RR4 RR5 RR6 RR7 5PC0 RR8 5PC1 5PC2 5PC3 5PC4 5PC5 5PC6 5PC7 /CS_8255_MATRIX_LED D4 D6 RG2 -5V VCC GND -12V 12V 5PB0 J6 8255_4_5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 LED 7 DOAN, LED MATRIX 8X8 TO BOARD NGOAI VI 3 D1 D0 D2 D5 D4 D3 D6 -5V VCC D0 -12V 12V GND D8 1 2 A0 /CS_8255_MATRIX_LED /RD /CS_8255_7SEG_LED A1 /WR D7 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 63 Hình của khối LED đơn, LED 7 đoạn, LED ma trận Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 64 ULN2803: IC làm nhiệm vụ đệm dòng cho LED ma trận và động cơ b−ớc cũng nh− động cơ 1 chiều. IC này gồm 8 bộ tranzitor NPN mắc Darlington, chịu đ−ợc điện áp đầu vào đến 30V, đầu ra đến 50V, dòng IC cực đại có thể chịu đ−ợc là 500mA, đủ để đệm dòng cho ma trận LED. Ngoài ra nó còn tích hợp các transistor để chống quá áp khi đóng ngắt các tải cảm (các cuộn dây của động cơ). Nguyên lý hoạt động: Khi đầu vào t−ơng ứng ở mức cao thì đầu ra t−ơng ứng ở mức thấp. Hình 2.25 Sơ đồ chân của UNL2803 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 65 2.3.7 Khối hiển thị LED 7 đoạn và LED đơn Mạch giải mM cho đèn LED 7 thanh DM7447A Để có thể hiển thị đ−ợc các số liệu lên LED 7 thanh, ta cần vi mạch giải m3 7447. Vi mạch này có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu đầu vào từ các chân D0 D3 thành các tín hiệu đ−a đến các thanh của LED. 4PA2 4PA1 4PA0 VCC VCC A0 /RD A1 /WR R27.1 R27.2 R27.4 R27.3 R27.5 R27.6 4PA3 R27.7 VCC GND 560 R28.1 R28.3 R28.2 R28.5 R28.4 R28.6 R28.7 4PA4 U31 7447 D0 7 D1 1 D2 2 D3 6 BI/RBO 4 RBI 5 LT 3 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 U32 7447 D0 7 D1 1 D2 2 D3 6 BI/RBO 4 RBI 5 LT 3 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 U33 7447 D0 7 D1 1 D2 2 D3 6 BI/RBO 4 RBI 5 LT 3 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 U30 7447 D0 7 D1 1 D2 2 D3 6 BI/RBO 4 RBI 5 LT 3 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 VCC 16 GND 8 560 4PA5 U29 7 Segs LED a 7 b 6 c 4 d 2 e 1 f 9 g 10 pt 5 U40 8255_0 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 VCC 26 GND 7 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 R29.3 R29.4 R29.7 R29.2 R29.6 R29.1 R29.5 U26 7 Segs LED a 7 b 6 c 4 d 2 e 1 f 9 g 10 pt 5 4PA6 U27 7 Segs LED a 7 b 6 c 4 d 2 e 1 f 9 g 10 pt 5 U28 7 Segs LED a 7 b 6 c 4 d 2 e 1 f 9 g 10 pt 5 560 R26.1 R26.2 R26.3 R26.4 R26.5 R26.6 R26.7 4PA7 VCC VCC VCC VCC VCC VCC CR40 104 R49 RESISTOR SIP 9 12 3 4 5 6 7 8 9 DATA (D0-D7) 4PA6 4PA5 4PA4 4PA7 VCC 4PA1 4PA2 4PA3 4PA0 D24 LED D23 LED D22 LED D21 LED D20 LED D19 LED D18 LED D17 LED /CS_8255_7SEG_LED U43 ULN2803 COM 10 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 8255_4 LED 7 ẹOAẽN LED ẹễN ADRRESS: PA_4:C000H PB_4:C001H PC_4:C002H CW_4:C003H GND D1 D0 D3 D2 560 D5 D4 D7 D6 VCC L E D 7 ẹ OA ẽN, L E D ẹ ễN GND GND Hình 2.25 - Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LED 7 thanh Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 66 Sau đây là bảng giải m3 tín hiệu của vi mạch 7447 : U3 7447 7 1 2 6 4 5 3 13 12 11 10 9 15 14 D0 D1 D2 D3 BI/RBO RBI LT A B C D E F G Hình 2.26 - Sơ đồ chân của 7447 Giáo trình môn Kỹ thuật Vi Điều Khiển Ch−ơng21 : thiết kế Kit vi điều khiển Biên soạn : Lâm tăng Đức – Lê Tiến Dũng – Bộ môn TĐH Trang 67 Đèn LED 7 thanh Dòng tiêu thụ của đèn khá lớn, mỗi đèn có dòng khoảng 100mA. Chính vì vậy ta cần có điện trở giới hạn dòng giữa vi mạch giải m3 7447 và LED. Trong đồ án này, ta sử dụng loại đèn có Anốt chung, màu hiển thị là màu đỏ. U5 7 Segs LED 7 6 4 2 1 9 10 5 a b c d e f g pt Hình 2.27 - Sơ đồ chân của LED 7 thanh
File đính kèm:
giao_trinh_ky_thuat_vi_dieu_khien_chuong_ii_thiet_ke_kit_vi.pdf
