Tài liệu hướng dẫn thực tập Vi điều khiển MSC-51 - Bài 8: Lập trình điều khiển công suất AC

Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-1 
BÀI 8: 
LẬP TRÌNH ðIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC 

 
I. Mục ñích bài thí nghiệm 
Bài thực hành nhằm giúp sinh viên: 
- Nắm nguyên tắc cấu tạo và hoạt ñộng của bộ ñiều khiển công suất AC dùng 
TRIAC (Triod AC Semiconductor Switch); 
- Hiểu và viết ñược chương trình hợp ngữ ñiều khiển thời gian ñóng ngắt TRIAC. 
II. Cơ sở lý thuyết 
Có nhiều phương pháp ñể ñiều khiển công suất AC. Bài thực hành này sẽ giới thiệu 
phương pháp thông dụng nhất là sử dụng TRIAC. 
II.1. Sơ lược Triac 
Triac có thể ñược coi như một SCR (Thyristor – Silicon Controlled Rectifier) lưỡng 
hướng vì có thể dẫn ñiện theo hai chiều. Cấu tạo và mô hình tương ñương của Triac 
ñược vẽ trong Hình 1. 
Hình 1: Cấu trúc và mô hình tương ñương của Triac 
Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-2 
Hình 1 cho thấy, có thể xem Triac tương ñương với 2 SCR mắc song song: 1 dẫn 
ñiện theo chiều từ trên xuống dưới, và 1 dẫn ñiện theo chiều ngược lại; nên Triac có 
thể dẫn ñiện cả 2 chiều. Hình vẽ cũng cho thấy có 2 phương pháp kích Triac là kích 
bằng dòng dương và kích bằng dòng âm. 
ðặc tuyến VI ñược vẽ trong Hình 2, các ñường kẻ tương ứng với các dòng kích IG có 
ñộ lớn khác nhau. Dòng kích càng lớn thì ñiện thế phân cực ñể Triac chuyển sang 
trạng thái dẫn càng nhỏ. 
Hình 2: ðặc tuyến VI của Triac 
Thực tế có 4 phương pháp kích Triac như mô tả trong Hình 3. Trong ñó, cách 1 và 
cách 3 nhạy hơn cách 2 và 4 nên thường ñược sử dụng hơn. 
Hình 3: Các phương pháp kích khởi Triac 
Do có khả năng dẫn ñiện cả 2 chiều nên Triac thích hợp sử dụng trong mạng ñiện 
xoay chiều hơn SCR. Hình 4 là một ví dụ ứng dụng của Triac ñể ñiều khiển công suất 
AC bằng phương pháp ñiều chỉnh góc dẫn. 
Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-3 
Hình 4: Một ứng dụng của 
Hình 4 cho thấy, bằng cách thay ñổi ñiện trở kích, ta thay ñổi ñược dòng kích làm 
thay ñổi góc dẫn của Triac. Do ñó, ta có thể ñiều khiển ñược công suất của dòng ñiện 
chạy qua tải. 
Trong thực tế, phương pháp ñiều khiển thường thấy là ñiều khiển thời gian ñóng 
ngắt của Triac. ðiều khiển thời gian ñóng ngắt thì thiết thực và ñơn giãn hơn ñiều 
khiển góc dẫn (do ñiều khiển góc dẫn cần có sự hổ trợ thêm của phần cứng). 
Việc kết hợp giữa 2 phương pháp trên sẽ cho ra các kiểu ñiền khiển ña dạng hơn. 
Tuy nhiên, bài thực hành này chỉ giới hạn ở mức ñộ cơ bản là ñiều khiển thời gian 
ñóng ngắt của Triac. 
II.2. Phân tích mạch thực hành: 
Sơ ñồ nguyên lý mạch thực hành, ñiều khiển công suất dùng Triac, ñược mô tả 
trong Hình 6. Trong mạch thực hành gồm 4 Triac BTA-10-400C ñược mắc sẵn ra 4 
ñầu nối ñể kết nối với tải khi thực hành. Ý nghĩa các thông số của Triac BTA-10-400C 
có thể ñược suy ra từ Hình 5. 
Hình 5: Ý nghĩa các thông số của Triac 
Thông thường, nguồn sử dụng bên mạch Triac có ñiện áp rất cao (ví dụ như ñiện 
nhà là 220V AC). Việc kết nối trực tiếp các tín hiệu ñiều khiển vào mạch Triac dễ gây 
hư hỏng IC hoặc cháy mạch khiển. Trong thực tế, người ta thường sử dụng các bộ 
ghép quang (Opto) ñể cách ly về mặt ñiện giữa 2 bộ phận này. 
Opto sử dụng trong mạch thực hành là MOC-3042 như mô tả trong Hình 6. Ở ñầu 
vào mỗi Opto có trang bị 1 led, khi led sáng cho biết Opto ñang dẫn và kích Triac dẫn. 
Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-4 
ðể ñiều khiển Triac, ta chỉ cần lập trình ñiều khiển 4 bits P0, P1, P2 và P3. Với thiết 
kế mạch như Hình 6 thì ñể Triac dẫn, ta lập trình cho bit ñiều khiển Pi = 0; ñể Triac 
ngưng dẫn thì lập trình cho Pi = 1. 
Hình 6: Sơ ñồ nguyên lý mạch ñiều khiển công suất dùng Triac 
III. Phần thực hành 
ðiện thế sử dụng trong bài thực hành là 220V AC. Sinh viên phải tuyệt ñối cẩn thận 
trong thao tác. 
Thiết bị thực hành: 
- Bộ thí nghiệm ET-LAB3A MCS51 (board thí nghiệm, bộ nguồn và 3 dây bus 
ñể kết nối các port của vi ñiều khiển với các mạch ñiều khiển motor; 
- Một máy tính ñể soạn chương trình, biên dịch và nạp chương trình xuống 
board thí nghiệm; 
- Dây kết nối với máy tính; 
- Dây nguồn AC và 4 bóng ñèn dây tóc ñể kết nối với mạch công suất Triac. 
Chuẩn bị thực hành: 
Px.0 
Px.1 
Px.2 
Px.3 
P0 
P2 
P1 
P3 
Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-5 
- Dùng dây bus kết nối một port bất kỳ của vi ñiều khiển vào mạch công suất. Ở 
ñây ta sử dụng Port0 của vi ñiều khiển (có thể chọn Port1, Port2, Port3). 
- Gắn 4 bóng ñèn và dây nguồn vào mạch công suất (sinh viên chỉ mô phỏng 
trên Led ñơn ngõ vào ñiều khiển Opto – không gắn với phần ñiều khiển 
công suất) 
III.1. ðiều khiển ñóng ngắt: 
Thực hành: Viết chương trình ñiều khiển sao cho tất cả Triac cứ dẫn 0.5s thì tắt 0.5s. 
Thực hiện:ðể ñóng ngắt Triac, ta lập trình ñiều khiển các bits P0, P1, P2 và P3. Chú ý 
là khi các bits P0, P1, P2 và P3 bằng 0 thì Triac tương ứng sẽ dẫn; ngược lại thì Triac 
ngưng dẫn. 
Sinh viên soạn thảo trên máy tính ñoạn chương trình như bên dưới rồi biên dịch và nạp 
xuống board thí nghiệm: 
ORG 0000H 
JMP MAIN ;không sử dụng ngắt nên không cần 
 ;ñể dành 30H bytes ñầu 
MAIN: MOV SP, #256-32 ;define stack 32 bytes 
 CLR EA ;cấm tất cả các ngắt 
LOOP: MOV P0, #11110000B ;cả 4 Triac ñều dẫn, 4 ñèn ñều sáng 
 CALL DELAY250 
 CALL DELAY250 
 MOV P0, #11111111B ;cả 4 Triac ngưng, 4 ñèn ñều tắt 
 CALL DELAY250 
 CALL DELAY250 
 JMP LOOP 
DELAY250: 
 END 
Yêu cầu: Sinh viên cho chạy ñoạn chương trình trên và thực hiện các yêu cầu sau: 
a) Quan sát qui luật sáng tắt của các led và các bóng ñèn dây tóc ñể hiểu nguyên 
tắc ñiều khiển Triac. 
b) Sửa lại ñoạn chương trình trên ñể ñiều khiển 4 Triac sao cho 2 Triac dẫn và 2 
Triac ngưng luân phiên mỗi 1s? (Gợi ý: sửa dữ liệu out ra Port 0 và tăng thêm 
số lần gọi chương trình delay) 
c) Sửa lại chương trình ñể ñiều khiển 4 Triac on/off ñể tạo ra các hiệu ứng có thể 
có dùng trong ñiều khiển ñèn quảng cáo công suất trung bình. 
d) Sửa chương trình ñiều khiển các Triac tạo các hiệu ứng bằng cách dùng các 
lệnh quay trái phải hoặc dịch trái phải hoặc logic. 
Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-6 
e) Viết chương trình khi ấn SW1 thì Triac sẽ dẫn tăng dần. Khi ấn SW2 thi Triac 
sẽ tắt dần. 
III.2. ðiều khiển chớp tắt rượt ñuổi: 
Thực hành: Viết chương trình ñiều khiển sao cho các Triac lần lượt dẫn từ Triac 1 ñến 
Triac 4 rồi lặp lại quá trình. Mỗi Triac dẫn 0.5s 
Thực hiện: Sinh viên soạn thảo trên máy tính ñoạn chương trình như bên dưới rồi biên 
dịch và nạp xuống board thí nghiệm: 
ORG 0000H 
JMP MAIN ;không sử dụng ngắt nên không cần 
 ;ñể dành 30H bytes ñầu 
MAIN: MOV SP, #256-32 ;define stack 32 bytes 
 CLR EA ;cấm tất cả các ngắt 
LOOP: MOV P0, #11111110B ;Triac ñầu tiên dẫn, ñèn tương ứng sáng 
 CALL DELAY250 
 CALL DELAY250 
 MOV P0, #11111101B ;Triac thứ 2 dẫn, ñèn 2 sáng 
 CALL DELAY250 
 CALL DELAY250 
 MOV P0, #111111011B ;Triac thứ 3 dẫn, ñèn 3 sáng 
 CALL DELAY250 
 CALL DELAY250 
 MOV P0, #11110111B ;Triac thứ 4 dẫn, ñèn 4 sáng 
 CALL DELAY250 
 CALL DELAY250 
 JMP LOOP 
DELAY250: 
 END 
Yêu cầu: Sinh viên cho chạy ñoạn chương trình trên và thực hiện các yêu cầu sau: 
a) Quan sát qui luật sáng tắt của các led, các bóng ñèn ñể hiểu nguyên tắc thời 
gian rảnh của Triac. 
b) Sửa lại chương trình ñể các Triac lần lượt dẫn ñiện theo thứ tự ngược lại với 
thời gian dẫn của mỗi Triac là 1s? (Gợi ý: sửa lại thứ tự dữ liệu out ra Port 0 rồi 
tăng thời gian dẫn lên 1s) 
c) Sửa lại ñoạn chương trình sao cho các Triac lần lượt ngưng dẫn từ Triac 1 ñến 
Triac 4 rồi lặp lại. Mỗi Triac ngưng dẫn trong thời gian 0.5s? 
Bài 8: Lập trình ðiều khiển công suất AC 
 Trang VIII-7 
d) Sửa ñoạn chương trình trên sao cho số lượng các Triac dẫn tăng dần từ 1 ñến 4 
rồi quay về 0 và lặp lại? 
e) Sửa lại chương trình ñiều khiển các Triac dẫn theo bảng sau: 
III.3. ðiều khiển công suất: 
Thực hành: Dựa vào các chương trình con sẵn có, hãy viết 
chương trình ñiều khiển sao cho 4 bóng ñèn kết nối với 
Triac chỉ sáng bằng ¼ ñộ sáng thông thường. 
Thực hiện: ðể ñiều chỉnh ñộ sáng, ta ñiều chỉnh thời gian 
ñóng của Triac. Sinh viên soạn thảo trên máy tính ñoạn 
chương trình như bên dưới rồi biên dịch và nạp xuống 
board thí nghiệm: 
ORG 0000H 
JMP MAIN ;không sử dụng ngắt nên không cần 
 ;ñể dành 30H bytes ñầu 
MAIN: MOV SP, #256-32 ;define stack 32 bytes 
 CLR EA ;cấm tất cả các ngắt 
LOOP: MOV P0, #11110000B ;cả 4 Triac ñều dẫn, 4 ñèn ñều sáng 
 CALL DELAY5 ;thời gian Triac dẫn bằng ¼ tổng thời gian 
 MOV P0, #11111111B ;cả 4 Triac ngưng, 4 ñèn ñều tắt 
 CALL DELAY5 
 CALL DELAY5 
 CALL DELAY5 
 JMP LOOP 
DELAY5: 
 END 
Yêu cầu: Sinh viên cho chạy ñoạn chương trình trên và thực hiện các yêu cầu sau: 
a) Quan sát và so sánh ñộ sáng của bóng ñèn so với các trường hợp trước. 
b) Sửa lại chương trình ñể các bóng ñèn sáng bằng ½ mức bình thường (Gợi ý: 
thay ñổi thời gian sáng bằng thời gian tắt). 
c) Sửa lại chương trình ñể các bóng ñèn sáng bằng ¾ mức bình thường (Gợi ý: 
thay ñổi thời gian sáng bằng 3 lần thời gian dừng). 
-----------Hết----------- 
Px.0 Px.1 Px.2 Px.3 
0 1 1 1 
0 0 1 1 
0 0 0 1 
0 0 0 0 
1 1 1 1 
0 0 0 0 
1 1 1 1 
0 0 0 0