Đề tài Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển và máy tính trong điều khiển và giám sát nhiệt độ sấy

g nhiÖt ®é. Khi cÊp nguån ®iÖn cho sîi ®èt, nhiÖt ®é cña sîi ®èt lµm nãng luång kh«ng khÝ do qu¹t thæi tíi. NhiÖt ®é dßng khÝ t¨ng lªn, nã t¨ng lªn ®Õn mét nhiÖt ®é nµo ®ã vµ kh«ng t¨ng n÷a, nã gi÷ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é nµy. Nh­ vËy ®èi t­îng cña ta ë ®©y chÝnh lµ ®èi t­îng cã tÝnh tù c©n b»ng. D¹ng tæng qu¸t hµm truyÒn ®¹t cña ®èi t­îng cã tÝnh tù c©n b»ng ®­îc m« t¶ nh­ sau: Wdt(s) = KdtW0(s) e-τs Trong ®ã: Kdt: HÖ sè truyÒn cña ®èi t­îng, τ : Thêi gian trÔ. W0(s) = Trong thùc tÕ kh©u tÜnh cã thÓ lÊy mét trong c¸c d¹ng ®iÓn h×nh sau: + Kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt: PT1: W(s) = §Æc tÝnh ®­êng qu¸ ®é cña hµm truyÒn nh­ H×nh 9a. + Kh©u qu¸n tÝnh bËc 2: PT2: W(s) = §Æc tÝnh ®­êng qu¸ ®é cña hµm truyÒn PT2 nh­ H×nh 9b. + Kh©u qu¸n tÝnh bËc n: PTn: W(s) = §Æc tÝnh ®­êng qu¸ ®é cña hµm truyÒn PTn nh­ h×nh 9b. t h(t) h(t) t a, b, H×nh 9: ®Æc tÝnh qu¸ ®é cña hµm truyÒn ● X¸c ®Þnh h»ng sè thêi gian T1 cña PT1: Mçi mét kh©u cã mét ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh h»ng sè thêi gian kh¸c nhau. Kh©u cã cÊu tróc cµng phøc t¹p th× viÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cµng khã kh¨n. Trong ph¹m vi ®Ò tµi nµy chØ nªu lªn c¸ch x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cho m« h×nh PT1. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè (Kdt, T1) cña PT1 ®­îc thùc hiÖn qua c¸c b­íc sau: + KÎ tiÕp tuyÕn víi ®­êng ®Æc tÝnh t¹i t = 0. + X¸c ®Þnh giao ®iÓm cña ®­êng tiÕp tuyÕn ®ã víi ®­êng tiÖm cËn Kdt= h(). + Hoµnh ®é cña giao ®iÓm võa x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T1 cÇn t×m. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ phô thuéc nhiÒu vµo ®é chÝnh x¸c viÖc kÎ tiÕp tuyÕn. NÕu ®Æt sai tiÕp tuyÕn t¹i 0 mµ h(t) l¹i cã hÖ sè khuÕch ®¹i Kdt lín th× kÕt qu¶ T1 sÏ cã sai sè lín. §Ó tr¸nh ®­îc ®iÒu nµy ta ®i tõ hµm truyÒn W(s), ®Ó cã H(s) = råi chuyÓn ng­îc sang miÒn thêi gian sÏ ®­îc: h(t) = k(1- ). Nh­ vËy t¹i thêi ®iÓm T : h(T) = k(1-e-1) 0.632*K. Nãi c¸ch kh¸c t¹i ®óng thêi ®iÓm T hµm h(t) sÏ ®¹t 63.2% gi¸ trÞ cùc ®¹i. VËy ®Ó x¸c ®Þnh T th× sau khi t×m ®­îc K ta tÝnh h(T) = 0.632*K råi tõ ®ã suy ng­îc l¹i T. Trong nhiÒu tr­êng hîp kh«ng thÓ t¹o ra ®­îc mét nhiÔu bËc thang 1(t), ng­êi ta cã thÓ dïng tÝn hiÖu lµ A*1(t). Khi ®ã hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch ®­îc tÝnh nh­ sau: K = . H»ng sè thêi gian ®­îc x¸c ®Þnh tõ h(T) = 0.632*h(). 2.3. X¸c ®Þnh th«ng sè cho bé ®iÒu chØnh 2.3.1. C¬ së lý thuyÕt Víi ®èi t­îng cã hµm truyÒn: τ - Thêi gian thuÇn trÔ cña ®èi t­îng. NÕu dïng bé ®iÒu chØnh PI ta cã: XÐt s¬ ®å sau: x e u y Th«ng th­êng, th«ng sè tèi ­u ®­îc chän lµ Ti=T1 vµ hÖ hë cã hµm truyÒn: víi K=K0 .K1 M«®un vµ pha nh­ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ ë H×nh 12: │W(jω)│= NÕu ®é dù tr÷ æn ®Þnh vÒ biªn ®é ®­îc chän lµ 0,5 t­¬ng øng víi gãc dÞch pha: H×nh 12: M«®un vµ pha hÖ hë Tõ ®ã: │W(jωπ) │= Víi ®é dù tr÷ æn ®Þnh trªn ta chän K sao cho: .  2.3.2. Chän bé ®iÒu chØnh vµ x¸c ®Þnh th«ng sè bé ®iÒu chØnh Víi hÖ thèng cã hµm truyÒn cña ®èi t­îng nh­ sau: . Ta chän bé ®iÒu chØnh PI víi c¸c th«ng sè sau: Ti=T1=35 (s). V× hÖ thèng còng kh«ng cÇn cã sù t¸c ®éng qu¸ nhanh nªn ta chän: Kc= 270. Nh­ vËy bé ®iÒu chØnh PI ®­îc chän nh­ sau: . §Ó thùc hiÖn hµm nµy trong vi ®iÒu khiÓn ta ph¶i tiÕn hµnh chuyÓn nã vÒ ph­¬ng tr×nh sai ph©n. Chän thêi gian trÝch mÉu lµ 1 gi©y, tiÕn hµnh rêi r¹c ho¸ theo ph­¬ng ph¸p sè Tustin ta cã hµm truyÒn theo z nh­ sau (thay , víi T lµ thêi gian trÝch mÉu): hay: (1) Víi Y(z) lµ tÝn hiÖu ra rêi r¹c, U(z) lµ tÝn hiÖu vµo rêi r¹c. Theo tÝnh chÊt dÞch dÞch hµm gèc: zn.Y(z)=Y(k+n) (2) Thay (2) vµo (1) ta cã: . Sau khi x¸c ®Þnh ®­îc bé ®iÒu khiÓn vµ th«ng sè cña nã ta tiÕn hµnh kh¶o s¸t chóng. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®­îc cho trong H×nh 13: H×nh 13: KÕt qu¶ kh¶o s¸t hÖ thèng khi cã bé ®iÒu chØnh Víi kÕt qu¶ nh­ trªn, khi cã bé ®iÒu chØnh thêi gian qu¸ ®é lµ 16(s). Trong khi nÕu kh«ng cã bé ®iÒu chØnh thêi gian ®Ó cho nã æn ®Þnh mÊt kho¶ng 200(s). §é sai lÖch tÜnh khi cã bé ®iÒu chØnh b»ng 0. Bé ®iÒu chØnh nµy ®· ®¸p øng ®­îc yªu cÇu bµi to¸n ®Ò ra, v× vËy chóng t«i chän bé ®iÒu chØnh nµy ®Ó diÒu khiÓn hÖ thèng sÊy. Ch­¬ng 3 Giíi thiÖu chung vÒ vi ®iÒu khiÓn 3.1. Tæng quan chung vÒ vi ®iÒu khiÓn 3.1.1. C¸c hä vi ®iÒu khiÓn Bé vi ®iÒu khiÓn (Microcontroller) lµ mét m¹ch tÝch hîp trªn mét chip, cã thÓ lËp tr×nh ®­îc víi hÖ thèng tËp lÖnh ®Ó thùc hiÖn mét yªu cÇu nµo ®ã. Bé vi ®iÒu khiÓn ®­îc ra ®êi sau Bé vi xö lý. VÒ thùc chÊt th× Bé vi ®iÒu khiÓn lµ Bé vi xö lý, nh­ng cã thªm c¸c m¹ch ®iÖn hç trî, c¸c thµnh phÇn I/O ngo¹i vi vµ bé nhí ( bé nhí ch­¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu)... ®­îc tÝch hîp cïng nhau trªn mét b¶n m¹ch. Bé vi ®iÒu khiÓn ®Çu tiªn ra ®êi n¨m 1971, lµ bé vi ®iÒu khiÓn 4 bÝt TMS1000 cña C«ng ty Texas Instruments. Sau khi dßng s¶n phÈm nµy ra ®êi, nã ®· ®­îc øng dông vµo rÊt nhÒu lÜnh vùc: s¶n xuÊt m¸y tÝnh bá tói, ®iÒu khiÓn lß vi sãng, sö dông cho c¸c bé ®Þnh thêi c«ng nghiÖp. N¨m 1976, C«ng ty Intelligen Electronics (INTEL) cho ra ®êi thÕ hÖ ®Çu tiªn cña vi ®iÒu khiÓn 8 bÝt víi tªn gäi 8084. Trong bé vi ®iÒu khiÓn nµy, ngoµi bé vi xö lý trung t©m ng­êi ta tÝch hîp thªm c¸c bé nhí d÷ liÖu, bé nhí ch­¬ng tr×nh, c¸c cæng vµo ra sè, c¸c bé ®Þnh thêi... §Õn n¨m 1980, thÕ hÖ thø hai cña bé vi ®iÒu khiÓn ra ®êi, ®ã lµ vi ®iÒu khiÓn 8051. HiÖn nay vi ®iÒu khiÓn 8051 ®­îc s¶n xuÊt vµ sö dông réng r·i. Bªn c¹nh ®ã c¸c c«ng ty s¶n xuÊt còng ph¸t triÓn cho m×nh nh÷ng bé vi ®iÒu khiÓn cã tÝnh n¨ng ®Æc biÖt lµm cho thÞ tr­êng vi ®iÒu khiÓn ngµy cµng phong phó vµ ®a d¹ng. Mét sè hä vi ®iÒu khiÓn th«ng dông ngoµi hä 8051 hiÖn nay: + Hä 68HC cña Motorola, + Hä Z8 cña Zilog, + Hä PIC cña Microchip, + Hä H8 cña Hitachi, + Hä AVR cña Atmel, + Hä CY(PSOC) cña Cypress Microsystem. 3.1.2. hä vi ®iÒu khiÓn MCS-51 Hä vi ®iÒu khiÓn MCS-51 ®­îc c«ng bè vµ ®­a ra víi s¶n phÈm chÝp 8051 cña intel ®©y lµ mét b­íc tiÕn ®¸ng kÓ trong lÞch sö ph¸t triÓn cña c¸c vi ®iÒu khiÓn. ChÝp 8051 ®· trë nªn phæ biÕn vµ ®a d¹ng h¬n sau khi Intel cho phÐp c¸c h·ng s¶n xuÊt kh¸c s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm chÝp biÕn thÓ t­¬ng tù nh­ 8051 nh­ng ph¶i tu©n thñ mét ®iÒu khiÖn lµ ph¶i d÷ nguyªn m· ch­¬ng tr×nh t­¬ng thÝch víi chuÈn MSC-51. tõ ®ã suÊt hiÖn nhiÒu phiªn b¶n kh¸c cña 8051 vµ ®Õn nay hä vi ®iÒu khiÓn 8 bÝt ®· cã tíi trªn 250 thµnh viªn do c¸c c«ng ty hµng ®Çu thÕ giíi chÕ t¹o vµ s¶n xuÊt nh­ Intel, AMD, Simens, Philip, Oki… Víi ®Æc ®iÓm thèng nhÊt vÒ m· tr­¬ng tr×nh theo chuÈn MSC-51 nªn tÊt c¶ c¸c vi ®iÒu khiÓn thuéc hä nµy ®Òu cã cÊu tróc kh¸ chung vµ tiªu biÓu lµ chÝp 8051 cña Intel víi nh÷ng ®Æc tr­ng tãm t¾t nh­ sau: * 4 KB Rom *128 byte Ram *4 cæng xuÊt/ nhËp ( mçi cæng 8 bÝt) *2 bé ®Þnh thêi * M¹ch giao tiÕp nèi tiÕp * Kh«ng gian nhí ch­¬ng tr×nh ngoµi 64K * Kh«ng gian nhí d÷ liÖu ngoµi 64K * Bé xö lý bÝt ( 210 vÞ trÝ nhí ®­îc ®Þnh ®Þa chØ bÝt ) C¸c phiªn b¶n sau thuéc hä MSC-51 do c¸c h·ng kh¸c s¶n xuÊt cã tæ chøc bé nhí EEFROM cho phÐp xo¸ vµ l¹p tr­¬ng tr×nh nhiÒu lÇn, mét xè kh¸c cho phÐp l¹p tr­¬ng tr×nh ngay trªn boar, vµ bé nhí ch­¬ng tr×nh còng lín h¬n. H×nh : s¬ ®å khèi cña chÝp 8051 - Interrupt control: ®iÒu khiÓn ng¾t - Other Rigister: C¸c thanh ghi kh¸c - Timer 0,1,2: Bé ®Þnh thêi 0,1,2 - CPU: ®¬n vÞ xö lý trung t©m - ALU: Bé sè häc - Osillator: M¹ch dao ®éng - Bus Control: §­ên truyÒn d÷ liÖu ®iÒu khiÓn - I/O Port: Cæng vµo/ra 3.1.3. Hä vi ®iÒu khiÓn AVR Hä vi ®iÒu khiÓn AVR lµ mét s¶n phÈm cña C«ng ty Atmel míi ®­îc tung ra thÞ tr­êng trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y. §èi víi thÞ tr­êng ViÖt Nam th× thùc sù AVR cßn rÊt míi. N»m trong sè nh÷ng thÕ hÖ vi ®iÒu khiÓn ra ®êi sau cho nªn AVR cã nh÷ng tÝnh n¨ng vµ cÊu tróc h¬n h¼n nh÷ng lo¹i vi ®iÒu khiÓn thÕ hÖ cò nh­ 8051... Nh÷ng ®Æc tÝnh næi bËt cña AVR: • KiÕn tróc RISC víi hÇu hÕt c¸c lÖnh cã chiÒu dµi cè ®Þnh, truy nhËp bé nhí n¹p - l­u tr÷ (load - store) vµ 32 thanh ghi chøc n¨ng. • KiÕn tróc ®­êng èng lÖnh kiÓu hai tÇng (two stage instruction pipeline) cho phÐp t¨ng tãc ®é thùc thi lÖnh. • Chøa nhiÒu bé phËn ngo¹i vi ngay trªn chÝp, bao gåm cæng I/O sè, bé biÕn ®æi ADC, bé nhí EPROM, bé ®Þnh thêi, UART, bé ®Þnh thêi RTC, bé ®Þnh thêi WHATDOC, bé ®iÒu chÕ ®é réng xung PWM... §Õn 48 ®­êng dÉn vµo/ra (I/O) lËp tr×nh ®­îc, §Õn 2 bé truyÒn nhËn UART lËp tr×nh ®­îc, Mét dao diÖn SPI ®ång bé, Mét dao diÖn SPI ®ång bé t­¬ng thÝch I2C, §Õn 3 bé Timer/Counter 8 bit, Mét bé Timer/Counter 16 bit víi chøc n¨ng so s¸nh vµ b¾t mÉu, §Õn 4 lèi ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM, Mét ®ång hå thêi gian thùc RTC, Mét bé biÕn ®æi ADC 10 bit cã ®Õn 8 kªnh lèi vµo, Mét bé ph¸t hiÖn tr¹ng th¸i sôt ®iÖn ¸p nguån nu«i, Mét bé so s¸nh Analog, Mét bé ®Þnh thêi Watchdog. • HÇu hÕt c¸c lÖnh, chØ trõ lÖnh nh¶y vµ n¹p/l­u tr÷, ®Òu ®­îc thùc hiÖn trong mét chu kú xung nhÞp. • Ho¹t ®éng víi tèc ®é ®ång hå tõ 6MHz ®Õn 12MHz mµ kh«ng ph¶i th«ng qua bé chia tÇn, tèc ®é xö lý ®Õn 12MPIS (triÖu lÖnh trong mét gi©y). H×nh 14: So s¸nh thêi gian thùc hiÖn lÖnh ë c¸c bé vi ®iÒu khiÓn kh¸c nhau • Bé nhí ch­¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu ®­îc tÝch hîp ngay trªn chÝp: Bé nhí EPROM xo¸ ®­îc kiÓu Flash, Bé nhí EEPROM hay PROM xo¸ ®­îc b»ng ®iÖn, nh­ng néi dung nhí vÉn gi÷ nguyªn khi mÊt ®iÖn, Bé nhí RAM tÜnh. • Kh¶ n¨ng lËp tr×nh ngay trªn m¹ch khi m¹ch ®ang ®­îc cÊp ®iÖn mµ kh«ng cÇn ph¶i th¸o chÝp ra. • §­îc ®ãng trong vá víi 8 ch©n ®Õn 64 ch©n ®Ó thÝch øng víi nhiÒu øng dông kh¸c nhau. • Cã tèc ®é xö lý lín h¬n ®Õn 12 lÇn so víi c¸c vi ®iÒu khiÓn CISC th«ng th­êng. • Hç trî cho viÖc lËp tr×nh b»ng ng«n ng÷ bËc cao, ch¼ng h¹n nh­ C... • ChÕ t¹o trªn c«ng nghÖ CMOS 0,6mm vµ tiÕn tíi lµ c«ng nghÖ 0,35mm, nh»m ®¹t ®Õn tèc ®é xung nhÞp cao h¬n 50% hiÖn nay, cßn dßng ®iÖn tiªu thô sÏ gi¶m ®i mét phÇn ba. • §iÖn ¸p lµm viÖc ®­îc phÐp thay ®æi trong kho¶ng réng, tõ 2,7V ®Õn 6,0V. • KiÕn tróc ®¬n gi¶n vµ hîp lý gióp cho ng­êi sö dông dÔ dµng lµm quen. • TËp lÖnh ®Õn 133 lÖnh, cho phÐp dÔ dµng lËp tr×nh b»ng hîp ng÷ hoÆc ng«n ng÷ C. 3.1.4. Lùa chän vi ®iÒu khiÓn Tõ so s¸nh tÝnh n¨ng vµ tèc ®é sö lý lÖch cña c¸c vi ®iÒu khiÓn nh­ ®· nghiªn cøu chóng t«i nhËn thÊy AVR cã nh÷ng ­u ®iÓm vît chéi h¬n h¼n, vµ h¬n hÕt 1 sè vi ®iÒu khiÓn AVR cßn ®­îc tÝch hîp c¸c tÝnh n¨ng míi nh­ kh¶ n¨ng chuyÓn ®æi t­¬ng tù sang sè, bé so s¸nh t­¬ng tù, nhiÒu timer víi nhiÒu chøc n¨ng linh ho¹t, 14 vect¬ ng¾t, cho phÐp thay ®æi ch­¬ng tr×nh ngay trªn boar m¹ch ®iÒu khiÓn nªn rÊt phï hîp cho viÖc øng dông ®iÒu khiÓn hÖ thèng sÊy. ChÝnh v× thÕ chóng t«i quyÕt ®Þnh lùa chän ATMEGA8535 lµ mét thµnh viªn cña hä ®iÒu khiÓn AVR 8 bit víi c¸c ­u ®iÓm sau: • Ho¹t ®éng víi møc tÝch cùc cao, c«ng suÊt thÊp. • D¶i ®iÖn ¸p ho¹t ®éng tõ 2,7V ®Õn 5,5V. * §­îc x©y dùng dùa trªn cÊu tróc RISC víi 130 lÖnh, phÇn lín lÖnh ®­îc thùc hiÖn trong mét chu kú xung nhÞp: • 32 thanh ghi ®a n¨ng 8 bit. • Kh¶ n¨ng xö lý lªn tíi 16 MPIS ë tÇn sè ®ång hå 16 MHz. * Bé nhí ch­¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu: • 8 Kbytes bé nhí Flash. • Kh¶ n¨ng ghi xo¸ ®Õn 10 000 lÇn. • Lùa chän m· vïng khëi ®éng, kh¶ n¨ng kho¸ bit ®éc lËp, cho phÐp ®äc khi vÉn ghi d÷ liÖu. • 512 Bytes EEPROM cã thÓ ghi xo¸ ®Õn 100 000 lÇn. • 512 Bytes RAM cã thÓ kho¸ ch­¬ng tr×nh b»ng phÇn mÒm. * C¸c chøc n¨ng ngo¹i vi: • Hai bé ®Þnh thêi / bé ®Õm 8 bit víi kh¶ n¨ng b¾t mÉu vµ so s¸nh. • Mét bé ®Þnh thêi / bé ®Õm 16 bit víi kh¶ n¨ng b¾t mÉu vµ so s¸nh. • §ång hå thêi gian thùc víi bé dao ®éng riªng. • 4 kªnh ®iÒu réng xung (PMW). • 8 kªnh chuyÓn ®æi t­¬ng tù / sè (ADC) 10 bit, trong ®ã: • Hai ®­êng giao tiÕp nèi tiÕp ®Þnh h­íng byte. • Bé lËp tr×nh truyÒn nhËn nèi tiÕp USART. • Giao tiÕp nèi tiÕp SPI chñ / tí. • Bé ®Þnh thêi Watchdoc víi bé dao ®éng riªng trªn chÝp. • Bé so s¸nh Analog trªn chÝp. * C¸c chøc n¨ng ®Æc biÖt: • Khëi ®éng l¹i hÖ thèng, ch­¬ng tr×nh ph¸t hiÖn mÊt nguån. • Bé dao ®éng, läc chuÈn RC bªn trong. • Ng¾t ngoµi vµ ng¾t trong. • 6 tr¹ng th¸i ngñ (sleep): rçi (idle), gi¶m ån, gi÷ nguån, nguån thÊp, standby, më réng standby. H×nh 15: S¬ ®å khèi cña vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 3.2. CÊu tróc vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 3.2.1. M« t¶ ch©n * Ch©n nguån: + Ch©n 10 cÊp nguån Vcc (+5V) + Ch©n 11 nèi ®Êt GND (0V). * PortA (PA7/ADC7 ... PA0/ADC0) n»m tõ ch©n 33 ®Õn ch©n 40 lµ ®Çu vµo cña bé chuyÓn ®æi A/D. B¶ng 3: B¶ng chøc n¨ng c¸c ch©n PortA NÕu bé chuyÓn ®æi A/D kh«ng ®­îc sö dông th× PortA ®ãng vai trß nh­ mét cæng I/O 8 bit. PortA ®­îc nèi víi c¸c ®iÖn trë treo bªn trong. Khi PortA ®­îc sö dông nh­ mét cæng vµo mµ bÞ kÐo sôt ¸p th× nã sÏ ®ãng vai trß nh­ mét nguån dßng nÕu c¸c ®iÖn trë treo ho¹t ®éng. * PortB (PB0 ... PB7) n»m tõ ch©n 1 ®Õn ch©n 8. PortB ®ãng vai trß nh­ cæng I/O hai tr¹ng th¸i cã ®iÖn trë treo bªn trong. B¶ng 4: B¶ng chøc n¨ng ch©n PortB Khi PortB ®­îc sö dông nh­ mét cæng vµo mµ bÞ kÐo sôt ¸p th× nã sÏ ®ãng vai trß nh­ mét nguån dßng nÕu c¸c ®iÖn trë treo ho¹t ®éng. Ngoµi ra nã cßn mét sè chøc n¨ng phôc vô cho nh÷ng biÕn ®Æc biÖt kh¸c: + SCK - PortB, Bit 7 lµ chñ khi nã ®­a ra xung ®ång hå vµ lµ tí khi nã nhËn vµo xung ®ång hå cña kªnh SPI. + MISO - PortB, Bit 6 nhËn vµ ®­a d÷ liÖu ra cña kªnh SPI. + MOSI - PortB, Bit 5 ®­a ra d÷ liÖu vµ nhËn d÷ liÖu cña kªnh SPI. + - PortB, Bit 4 lùa chän tr¹ng th¸i chñ/tí cña kªnh SPI. + AIN1/OC0 - PortB, Bit 3: AIN1 ®Çu vµo ®¶o cña bé so s¸nh analog, OC0 ®Çu ra cña bé so s¸nh thuËt to¸n. Ch©n nµy còng ®­îc thiÕt kÕ gièng nh­ mét ®Çu ra so s¸nh thuËt to¸n cña bé Timer/Counter0, lµm ®Çu ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM. + AIN0/INT2 - PortB, Bit 2: AIN0 ®Çu vµo kh«ng ®¶o cña bé so s¸nh analog, INT2 lµ ch©n ng¾t ngoµi. + T1 - PortB, Bit 1 ®Çu vµo cña Timer/Counter1. + T0/XCK - PortB, Bit 0 lµ ®Çu vµo cña Timer/Counter0, ®ång thêi còng ®¶m nhËn chøc n¨ng ®Çu vµo tÝn hiÖu xung Clock cña giao tiÕp USART. * PortC (PC0 ... PC7) n»m tõ ch©n 22 ®Õn ch©n 29. PortB ®ãng vai trß nh­ cæng I/O hai tr¹ng th¸i cã ®iÖn trë treo bªn trong. Ngoµi chøc n¨ng cña mét cæng th«ng th­êng, mét sè ch©n cña PortC cã thªm c¸c chøc n¨ng ®Æc biÖt: B¶ng 5: B¶ng chøc n¨ng ®Æc biÖt cña mét sè ch©n PortC + TOSC2 - PortC, Bit7 ch©n vµo dao ®éng 2 cña bé Timer. Khi cã tÝn hiÖu cho phÐp th× ch©n PC7 kh«ng cßn ®­îc sö dông nh­ cæng I/O th«ng th­êng mµ trë thµnh ®Çu ra cña tÝn hiÖu dao ®éng khuÕch ®¹i ng­îc, lµ ®iÓm kÕt nèi cña bé dao ®éng tinh thÓ. + TOSC1 - PortC, Bit6 ch©n vµo dao ®éng 1 cña bé Timer. Khi cã tÝn hiÖu cho phÐp th× ch©n PC6 kh«ng cßn ®­îc sö dông nh­ cæng I/O th«ng th­êng mµ trë thµnh ®Çu ra cña tÝn hiÖu dao ®éng khuÕch ®¹i thuËn, lµ ®iÓm kÕt nèi cña bé dao ®éng tinh thÓ. + SDA - PortC, Bit1 giao tiÕp nèi tiÕp d÷ liÖu hai chiÒu. Ch©n PC1 cã mét bé läc bªn trong cho phÐp lo¹i bá nh÷ng sãng vµo < 50ns. + SCL - PortC, Bit0 giao tiÕp nèi tiÕp xung clock hai chiÒu. Ch©n PC0 còng cã mét bé läc bªn trong gièng nh­ PC0. * PortD (PD0 ... PD7) n»m tõ ch©n 14 ®Õn ch©n 21. Mét sè chøc n¨ng ®Æc biÖt: B¶ng 6: B¶ng chøc n¨ng ch©n PortD + OC2 - PortD, Bit7 ®Çu ra so s¸nh thuËt to¸n cña bé Timer/Counter2, ®ång thêi còng cã chøc n¨ng cña ®Çu ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM. + ICP1 - PortD, Bit6 ch©n vµo b¾t mÉu cho Timer/Counter1. + OC1A - PortD, Bit5 ch©n ra bé so s¸nh thuËt to¸n A cña Timer/Counter1 vµ lµ ch©n ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM. + OC1B - PortD, Bit4 ch©n ra bé so s¸nh thuËt to¸n A cña Timer/Counter1 vµ lµ ch©n ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM. + INT1 - PortD, Bit3 lµ ch©n nguån ng¾t ngoµi 1. + INT0 - PortD, Bit2 lµ ch©n nguån ng¾t ngoµi 0. + TXD - PortD, Bit1 ch©n truyÒn d÷ liÖu cña giao tiÕp USART. + RXD - PortD, Bit0 ch©n nhËn d÷ liÖu cña giao tiÕp USART. * ch©n 9, ch©n vµo reset hÖ thèng. * XTAL1, XTAL2, ch©n 12,13, ch©n kÕt nèi víi xung ®ång hå hÖ thèng. * AVCC ch©n 30, lµ ch©n cÊp nguån cho bé chuyÓn ®æi A/D. * AREF ch©n32, ch©n vµo ®èi chiÕu cña bé chuyÓn ®æi A/D. 3.2.2. Tæ chøc bé nhí bªn trong ATMEGA8535 Bé vi ®iÒu khiÓn AVR ®­îc x©y dùng trªn kiÕn tróc Harvard, bé nhí d÷ liÖu vµ bé nhí ch­¬ng tr×nh t¸ch biÖt nhau ®Ó cã thÓ thùc hiÖn ®ång thêi ®­îc mét khèi l­îng lín c«ng viÖc. H×nh 18: KiÕn tróc ATMEGA8535 Bus d÷ liÖu ®­îc sö dông cho bé nhí d÷ liÖu lµ bus 8 bit, cho phÐp kÕt nèi c¸c bé phËn ngo¹i vi víi tÖp thanh ghi. Bus d÷ liÖu dïng cho bé nhí ch­¬ng tr×nh cã ®é réng 16 bit vµ chØ nèi víi thanh ghi lÖnh. S¬ ®å bé nhí: Khu vùc øng dông Bé nhí ch­¬ng tr×nh Khu vùc khëi ®éng $FFF R0 R2 ... R30 R31 Bé nhí d÷ liÖu $0000 EEPROM d÷ liÖu $01 ... $3F $00 SRAM trong $0020 $005F $0060 $025F $0000 TÖp thanh ghi Thanh ghi I/O H×nh 19: S¬ ®å bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 * Bé nhí ch­¬ng tr×nh lµ bé nhí Flash cã dung l­îng 8Kx16 bit. §Ó tiÖn cho viÖc b¶o vÖ b»ng phÇn mÒm th× bé nhí ch­¬ng tr×nh ®­îc chia lµm hai khu vùc lµ khu vùc øng dông vµ khu vùc khëi ®éng. Bªn c¹nh c¸c lÖnh ®­îc l­u tr÷, bé nhí ch­¬ng tr×nh còng l­u tr÷ c¸c vector ng¾t b¾t ®Çu t¹i ®Þa chØ $000. ... R26 R27 R28 R29 R30 R31 Byte LOW thanh ghi X Byte HIGH thanh ghi X Byte LOW thanh ghi Y Byte HIGH thanh ghi Y Byte LOW thanh ghi Z Byte HIGH thanh ghi Z * Bé nhí d÷ liÖu ®­îc b¾t ®Çu víi TÖp thanh ghi, sau ®ã lµ c¸c Thanh ghi I/O vµ SRAM trong. TÖp thanh ghi gåm cã 32 thanh ghi (R0... R31) t­¬ng øng víi ®Þa chØ $0000... $001F. Toµn bé c¸c thanh ghi nµy ®­îc sö dông nh­ nh÷ng thanh ghi 8 bit. Nh­ng cã mét ®iÒu ®Æc biÖt ë ®©y lµ c¸c thanh ghi tõ R26... R31 cã thÓ kÕt hîp l¹i ®Ó ®­îc sö dông nh­ 3 thanh ghi 16 bit X-Y-Z. H×nh 20: Tæ chøc thµnh thanh ghi X,Y,Z Thanh ghi I/O gåm cã 64 thanh ghi 8 bit n»m ë ®Þa chØ $020... $05F, c¸c thanh ghi nµy lµm nhiÖm vô trao ®æi d÷ liÖu vµo/ra. §«i khi c¸c thanh ghi I/O còng ®­îc truy cËp nh­ SRAM. Bé nhí SRAM cña ATMEGA8535 cã dung l­îng 512 byte, ®­îc sö dông cho c¸c ng¨n xÕp còng nh­ ®Ó l­u tr÷ c¸c biÕn... * Bé nhí EEPROM: ATMEGA8535 cã 512 byte EEPROM, ®­îc tæ chøc thµnh mét vïng d÷ liÖu riªng biÖt. ViÖc ghi vµ ®äc ®­îc thùc hiÖn trªn tõng byte. §Ó ®äc EEPROM, CPU ph¶i mÊt 4 chu kú ®ång hå ®Ó hoµn thµnh viÖc ®äc, tuy nhiªn viÖc ghi EEPROM l¹i chØ mÊt cã 2 chu kú. 3.2.3. Mét sè khèi ®iÓn h×nh trong cÊu tróc ATMEGA8535 3.2.3.1. Bé ®Þnh thêi Vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 cã hai bé ®Þnh thêi 8 bit vµ mét bé ®Þnh thêi 16 bit. ViÖc ®Æt cho phÐp/cÊm ng¾t ®èi víi c¸c bé ®Þnh thêi ®­îc thùc hiÖn qua c¸c thanh ghi ®iÒu khiÓn bé ®Þnh thêi TCCR0 vµ TCCR1. S¬ ®å khèi cña c¸c bé ®Þnh thêi ®­îc thÓ hiÖn ë d­íi: H×nh 21a: S¬ ®å khèi bé ®Þnh thêi 8 bit H×nh 21b: S¬ ®å khèi bé ®Þnh thêi 16 bit 3.2.3.2. Bé truyÒn nhËn SUART ViÖc truyÒn nhËn d÷ liÖu ®­îc thùc hiÖn th«ng qua viÖc ghi d÷ liÖu vµo thanh ghi d÷ liÖu cña SUART, ®ã lµ thanh ghi UDR. D÷ liÖu tõ UDR truyÒn ®Õn c¸c thanh ghi dÞch. S¬ ®å khèi bé truyÒn nhËn SUART : H×nh 22: S¬ ®å khèi bé truyÒn nhËn SUART 3.2.3.3. Bé so s¸nh Analog Bé so s¸nh analog so s¸nh c¸c gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ë lèi vµo, cô thÓ lµ lèi vµo AIN0 (AC+) vµ AIN1 (AC-) víi nhau. NÕu AIN0 lín h¬n AIN1 th× ®Çu ra ®­îc kÝch ho¹t lªn møc cao. S¬ ®å khèi cña bé so s¸nh analog: H×nh 23: S¬ ®å khèi bé so s¸nh analog 3.2.3.4. Bé biÕn ®æi A/D Bé biÕn ®æi ADC ®­îc ®iÒu khiÓn qua bèn thanh ghi ADMUX, ADCSR, ADCH vµ ADCL trong vïng ®Þa chØ vµo/ra. Bé biÕn ®æi ADC cã thÓ ho¹t ®éng ë hai chÕ ®é: + Qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®­îc ng­êi dïng khëi ®éng, + Qu¸ tr×nh biÕn ®æi diÔn ra liªn tôc. S¬ ®å khèi cña bé biÕn ®æi A/D: H×nh 24: S¬ ®å khèi bé biÕn ®æi A/D 3.2.4. Ho¹t ®éng ng¾t Ng¾t lµ mét c¬ cÊu ®iÒu khiÓn dßng lÖnh, c¬ cÊu nµy ®­îc thiÕt kÕ trªn hÇu hÕt c¸c vi ®iÒu khiÓn. Khi mét hÖ thèng ho¹t ®éng, cã rÊt nhiÒu sù kiÖn x¶y ra ®ång thêi, ch¼ng h¹n mét nót Ên cã tÝn hiÖu b¸o hiÖu xö lý c«ng viÖc nµo ®ã, trong khi mét byte d÷ liÖu ®· ®Õn cæng nèi tiÕp. §iÒu nµy sÏ g©y khã kh¨n cho cho vi xö lý khi mµ ph¶i gi¸m s¸t nhiÒu c«ng viÖc ®ång thêi. Sù can thiÖp cña ng¾t sÏ lµm cho c«ng viÖc xö lý trë nªn tèt h¬n. Khi xuÊt hiÖn ng¾t, vi xö lý sÏ t¹m thêi ngõng ch­¬ng tr×nh chÝnh vµ chuyÓn ®Õn xö lý ch­¬ng tr×nh ng¾t, qu¸ tr×nh xö lý ng¾t hoµn thµnh ch­¬ng tr×nh chÝnh l¹i tiÕp tôc. Ch­¬ng tr×nh chÝnh Ch­¬ng tr×nh chÝnh Thêi gian Ng¾t 1 Ng¾t 2 Ng¾t 1 ISR1 ISR2 H×nh 25: S¬ ®å qu¸ tr×nh ng¾t Tr­êng hîp cã nhiÒu ng¾t x¶y ra ®ång thêi, ng¾t cã ­u tiªn cao h¬n sÏ ®­îc chÊp nhËn tr­íc. Møc ®é ­u tiªn cña c¸c ng¾t thÓ hiÖn trong b¶ng vector ng¾t: B¶ng 7: B¶ng c¸c vector ng¾t 3.2.5. TËp lÖnh TËp lÖnh cho ATMEGA8535 gåm 130 lÖnh, c¸c lÖnh ®­îc m« t¶ d­íi d¹ng ng«n ng÷ ASEM. Tuy nhiªn ®Ó dÔ dµng h¬n nªn viÕt tr­¬ng tr×nh b»ng ng«n ng÷ C, sö dông c¸c phÇn mÒm biªn dÞch chuyªn dông nh­ CodevisionAVR C Compiler, Studio… Ch­¬ng 4 kü thuËt gÐp nèi m¸y tÝnh qua RS232 4.1 vµi nÐt vÒ nguån g«c Sau mét thêi gian l­u hµnh kh«ng chÝnh thøc, ®Õn n¨m 1962, hiÖp héi c¸c nhµ c«ng nghiÖp ®iÖn tö (EIA: The Electronics Industries Association) ®· cho ban hµnh tiªu chuÈn RS-232 ¸p dông cho cæng nèi tiÕp cña m¸y tÝnh PC. C¸c ch÷ RS ®­îc viÕt t¾t tõ Recommended Standard (Tiªu chuÈn ®· giíi thiÖu). Cã hai phiªn b¶n RS – 232 ®­îc l­u hµnh trong thêi gian t­¬ng ®èi dµi lµ RS – 232B vµ RS – 232C. Cho ®Õn nay th× chØ cßn chuÈn RS – 232C vÉn ®­îc øng dông trªn tÊt c¶c c¸c m¸y tÝnh PC. ë c¸c n­íc t©y ©u cßn gäi chuÈn ghÐp nèi nµy lµ chuÈn V.24. EIA ®· c«ng bè tiªu chuÈn RS – 232C víi nç lùc nh»m t¹o ra kh¶ n¨ng ®Ó gÐp nèi c¸c thiÕt bÞ ®o do nhiÒu nhµ s¶n xuÊt cung cÊp mµ kh«ng ®ßi hái cã mét tiªu chuÈn kü thuËt ®Æc biÖt cho tõng tr­êng hîp. ý t­ëng ®Ó x©y dùng tiªu chuÈn RS – 232 lµ ph¶i sö dông cïng lo¹i ®Çu nèi d©y, thÝ dô lo¹i ®Çu nèi 25 ch©n vµ 9 ch©n, ®­îc nèi theo cïng mét c¸ch vµ ph¶i sö dông cïng møc ®iÖn ¸p khi biÓu diÔn c¸c sè nhÞ ph©n 1 vµ 0 t­¬ng øng. Víi ý t­ëng nµy, nÕu nh­ mäi ng­êi ®Òu tham gia vµo tiªu chuÈn theo cïng mét c¸ch th× cã thÓ nèi c¸c thiÕt bÞ víi cæng RS – 232 cña c¸c h·ng kh¸c nhau, c¸c mÉu m· kh¸c nhau mµ kh«ng cÇn cã thªm ®iÒu kiÖn nµo. C¸c m«®em, c¸c m¸y in vµ nhiÒu thiÕt bÞ kh¸c cã thÓ ®­îc ®Êu nèi vµ ®­îc giao tiÕp víi nhau th«ng qua chuÈn gÐp nèi nµy. Ngµy nay, hÇu hÕt c¸c m¸y tÝnh PC ®Òu ®­îc trang bÞ mét hoÆc hai cæng nèi tiÕp RS – 232, vµ tÊt c¶ ®Òu cã kh¶ n¨ng sö dông RS – 232, Ýt nhÊt nh­ mét kh¶ n¨ng tuú chän tõ nhµ s¶n xuÊt m¸y tÝnh hoÆc tõ phÝa ng­êi sö dông m¸y tÝnh. ViÖc thiÕt kÕ cæng RS-232 còng t­¬ng ®èi dÔ dµng, ®Æc biÖt khi chän chÕ ®é ho¹t ®éng lµ kh«ng ®ång bé vµ tèc ®é truyÒn d÷ liÖu thÊp, ch¼ng h¹n nh­ trong kho¶ng tõ 110 ®Õn 1200 baud. C¸c m¹ch ®iÖn tÝch hîp c¶ bé ph¸t vµ bé nhËn RS-232 ®· ®­îc c¸c nhµ s¶n xuÊt kh¸c nhau thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o, thÝ dô Motorola, National, Maxim… C¸c chÝp bé ph¸t/bé ®Öm RS-232 tiÕp nhËn møc ®iÖn ¸p TTL ë nèi vµo vµ biÕn ®æi chóng thµnh c¸c møc dµnh riªng cho RS-232 ®Ó truyÒn. C¸c bé nhËn RS-232 lµm viÖc theo c¸ch ng­îc l¹i: tiÕp nhËn tÝn hiÖu nèi vµo theo chuÈn RS-232 vµ biÕn ®æi tÝn hiÖu sang møc TTL t­¬ng øng. C¸c bé phËn nµy ®Òu n»m trªn b¶ng m¹ch chÝnh hoÆc trªn mét card truyÒn th«ng, nghÜa lµ ë phÝa sau cña cæng RS-232. 4.2 C¸c ®Æc tr­ng §iÖn 4.2.1 C¸c møc ®iÖn ¸p ®­êng truyÒn Møc ®iÖn ¸p cña tiªu chuÈn RS-232C c¶i tiÕn ®­îc miªu t¶ trªn h×nh XXX. Víi quy ®Þnh møc l«gic “1” cã ®iÖn ¸p tõ -5V ®Õn -12V vµ møc l«gÝc “0” cã ®iÖn ¸p tõ 5V tíi 12V, c¸c møc ®iÖn ¸p trong ph¹m vi -3V ®Õn +3V lµ tr¹ng th¸i chuyÓn tiÕp, trong khi møc ®iÖn ¸p trong ph¹m vi ±3 ®Õn ±5 l¹i kh«ng ®­îc x¸c ®Þnh vµ xÏ dÉn ®Õn c¸c kÕt qu¶ kh«ng thÓ dù tÝnh ®­îc nÕu nh­ ®­îc sö dông. V× vËy ®iÓm nµy cÇn ph¶i chó ý khi thiÕt kÕ m¹ch giao tiÕp. ChuÈn RS-232C cßn ®­îc cè ®Þnh trë kh¸ng t¶i trong ph¹m vi tõ 3kW ®Õn 7kW vµ trë kh¸ng cña bé ®Öm thÊp h¬n so víi c¸c tiªu chuÈn tr­íc ®ã. §ång thêi, bé ®Öm ph¶i duy tr× mét tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p b»ng 30V trong mét micr« gi©y. C¸c vi m¹ch cña Motorola lo¹i MC1488 vµ MC1489 ®· hoµn toµn tho¶ m·n c¸c th«ng sè kü thuËt nµy. ChuÈn RS-232C cho phÐp tèc ®é chuyÒn tèi ®a nªn ®Õn 100Kbit/gi©y, nèi vµo cña bé nhËn ph¶i cã trë kh¸ng nhá h¬n 2500pF, ®é dµi cña c¸p nèi tõ m¸y tÝnh tíi ngo¹i vi kh«ng v­ît qu¸ 15m nÕu kh«ng sö dông modem, c¸c gÝa trÞ truyÒn tèc ®é chuÈn lµ: 50, 75, 110, 150, 300, 600,1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800,.. , 56600 buad. 4.2.2 §Çu nèi cæng nèi tiÕp trªn m¸y tÝnh pc: DB-9 1 5 9 6 Cæng nèi tiÕp còng lµ mét d¹ng cæng ghÐp nèi m¸y tÝnh víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi. So víi cæng song song th× cæng nèi tiÕp ®­îc sö dông réng r·i h¬n, v× vËy ®· h×nh thµnh nh÷ng chuÈn nh­ RS232, RS449, RS485... H×nh 44: H×nh d¹ng cæng nèi tiÕp Sù kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a cæng song song vµ cæng nèi tiÕp chÝnh lµ ë ph­¬ng ph¸p truyÒn d÷ liÖu: trong mét thêi ®iÓm chØ cã mét bit ®­îc göi ®i däc theo mét ®­êng dÉn, ®­êng göi vµ ®­êng nhËn t¸ch rêi nhau. Tèc ®é truyÒn lín h¬n 100Kbit/s, kho¶ng c¸ch truyÒn trªn mét kho¶ng ®¬n cao h¬n 1Km. CÊu tróc cæng nèi tiÕp rÊt ®¬n gi¶n: chØ cã hai ®­êng d÷ liÖu, mét ®­êng nèi ®Êt, cßn l¹i lµ c¸c ®­êng tr¹ng th¸i thiÕt bÞ vµ ®iÒu khiÓn. Møc logic cæng nèi tiÕp : + Møc cao +3V ÷ +12V, + Møc thÊp -3V ÷ -12V. B¶ng13: Ph©n bè ch©n trªn cæng nèi tiÕp Ch©n Chøc n¨ng 1 Ph¸t hiÖn tÝn hiÖu mang d÷ liÖu 2 D÷ liÖu nhËn tõ DCE tíi DTE qua RD 3 D÷ liÖu göi tõ DTE tíi DCE qua TD 4 DCE th«ng b¸o sµng truyÒn d÷ liÖu 5 So s¸nh tÝn hiÖu víi ®Êt 6 DTE th«ng b¸o s½n sµng nhËn d÷ liÖu 7 DTE th«ng b¸o s½n sµng truyÒn d÷ liÖu 8 DCE th«ng b¸o cho DTE nhËn d÷ liÖu 9 Th«ng b¸o DEC ®ang nhËn d÷ liÖu 4.3 Khung mÉu truyÒn ViÖc truyÒn d÷ liÖu qua cæng nèi tiÕp RS-232 thùc hiÖn theo kiÓu kh«ng ®ång bé, khu«n mÉu d÷ liÖu víi c¸c bÝt b¾t ®Çu vµ dõng. Ta cã thÓ thÊy dâ lµ t¹i mét thêi ®iÓm chØ cã mét ký tù ®­îc truyÒn ®i vµ cã mét kho¶ng thêi gian ph©n c¸ch gi÷a chóng. Kho¶ng thêi gian nµy thùc chÊt lµ kho¶ng thêi gian ho¹t ®éng kh«ng hiÖu qu¶ vµ ®­îc ®Æt ë møc cao (-12V). Bé truyÒn göi mét bÝt b¾t ®Çu (start) ®Ó th«ng b¸o cho bé nhËn biÕt mét ký tù sÏ ®­îc göi ®Õn trong lÇn truyÒn tiÕp sau. bÝt b¾t ®Çu nµy lu«n lu«n ë møc ‘0’. TiÕp theo lµ 6,7 hoÆc 8 bÝt d÷ liÖu ®­îc göi ®i d­íi d¹ng ký tù m· ASCII , råi ®Õn lµ mét bÝt ch½n lÎ vµ cuèi cïng lµ 1 ho¹c 2 bÝt dõng. H×nh xxxx chØ ra d¹ng khung truyÒn mét ký tù ‘A’ vµ sö dông tÝnh ch½n lÎ lµ lÎ. Kho¶ng thêi gian ph©n c¸ch cña mét bÝt ®¬n quy ®Þnh tèc ®é truyÒn. C¶ bé nhËn vµ bé truyÒn ®Òu ph¶i ®­îc ®Æt cïng mét kho¶ng thêi gian bÝt. 4.4. X©y dùng giao diÖn ®iÒu khiÓn 4.4.1. PhÇn mÒm thiÕt kÕ giao diªn Visual Basic 6.0 4.4.2. ThiÕt lËp giao diÖn ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é khÝ sÊy Giao diÖn ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t nhiÖt ®é khÝ sÊy cÇn ®¶m b¶o ®­îc c¸c chøc n¨ng ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn hÖ thèng sÊy trªn m¸y vi tÝnh. Cô thÓ c¸c chøc n¨ng bao gåm: + NhËn kÕt qu¶ ®o nhiÖt ®é cña vi ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ nªn giao diÖn. + Cho phÐp §Æt nhiÖt ®é tõ bµn phÝm vµ ®­a nhiÖt ®é ®ã suèng vi ®iÒu khiÓn. + Dõng qu¸ tr×nh sÊy tõ bµn phÝm. + Cho phÐp hÖ thèng ho¹t ®éng chë l¹i tõ bµn phÝm. + Tuú chän chÕ ®é sÊy, vµ ®Þnh thêi gian sÊy. Tõ c¸c yªu cÇu cña hÖ thèng ®Æt ra chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn cøu vµ x©y dùng ®­îc giao diÖn ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t nhiÖt ®é nh­ sau: Giao diÖn ®­îc thiÕt lËp gåm, 13 Label dïng ®Ó gi c¸c nh·n vµ phÇn v¨n b¶n thÓ hiÖn trªn giao diÖn. 3 TextBox ®Ó hiÓn thÞ phÇn nhiÖt ®é ®Æt, nhiÖt ®é cña lß sÊy vµ sai lÖch cña hai nhiÖt ®é tr­íc. 4 CommandButton dïng ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c chøc n¨ng ®Æt nhiÖt ®é, cho phÐp dõng hÖ thèng, cho hÖ thèng ho¹t ®éng chë l¹i sau khi dõng vµ ®ãng giao diÖn. 1 bé Timer ®Ó ®iÒu khiÓn thêi gian ®äc d÷ liÖu tõ cæng com1. 1 MSComm dïng ®Ó ®iÒu khiÓn cæng com PhÇn m· ch­¬ng tr×nh ®­îc viÕt cô thÓ nh­ sau: Dim a, b, x, luu Private Sub Command1_Click() a = CByte(txtDat.Text) x = Chr(a) MSComm1.Output = x End Sub Private Sub Command2_Click() End End Sub Private Sub Command3_Click() b = Chr(0) MSComm1.Output = b End Sub Private Sub Command4_Click() b = Chr(1) MSComm1.Output = b End Sub Private Sub Form_Load() Me.Move (Screen.Width - Me.Width) \ 2, (Screen.Height - Me.Height) \ 2 MSComm1.CommPort = 1 MSComm1.Settings = "9600,N,8,1" MSComm1.InputLen = 0 MSComm1.PortOpen = True End Sub Private Sub Timer1_Timer() Dim moi, xuat Dim y As Byte moi = MSComm1.Input For y = 20 To 150 Step 1 If moi = Chr(y) Then xuat = y Next y If xuat > 10 Then Text2.Text = xuat Text3.Text = (a - xuat) End If End Sub Ch­¬ng 5 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho hÖ thèng sÊy 5.1. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn PhÇn m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc thiÕt kÕ ra nh»m môc ®Ých ®iÒu khiÓn cho mét hÖ thèng sÊy n«ng s¶n quy m« nhá, sö dông d©y ®iÖn trë ®Ó t¹o nhiÖt cã c«ng suÊt < 3000W. NhiÖt ®é ®­îc ®iÒu chØnh n»m trong d¶i tõ 00C ÷ 1500C. M¹ch ®iÒu khiÓn cã c¸c chøc n¨ng ®o vµ hiÓn thÞ nhiÖt ®é cña dßng khÝ ®i vµo buång sÊy, chøc n¨ng ®Æt nhiÖt ®é th«ng qua bµn phÝm vµ tù ®éng æn ®Þnh ë nhiÖt ®é ®Æt th«ng qua viÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®iÖn trë t¹o nhiÖt, chøc n¨ng kÕt nèi víi m¸y tÝnh ®Ó cã thÓ theo dâi kÕt qu¶ vµ thao t¸c ®iÒu khiÓn trªn m¸y tÝnh... Tõ nh÷ng yªu cÇu ®­îc ®Æt ra ta cã s¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn nh­ sau: Khèi c¶m biÕn nhiÖt Khèi chuyÓn ®æi Bé nhí RAM,ROM Khèi giao tiÕp m¸y tÝnh M¸y tÝnh Khèi xö lý trung t©m Khèi m¹ch c«ng suÊt Khèi hiÓn thÞ Kh©u ®ång bé xung H×nh 26: S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn 5.2. Lùa chän thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý tõng khèi 5.2.1. Khèi c¶m biÕn nhiÖt Tuú vµo yªu cÇu cña c«ng viÖc mµ ng­êi ta cã thÓ sö dông nhiÒu c¸c dông cô ®o nhiÖt ®é chuyªn biÖt kh¸c nhau. G¾n víi yªu cÇu thùc tiÔn cña ®Ò tµi lµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é dßng khÝ trong sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t, nhiÖt ®é sÊy <2000C, vµ nh÷ng øng dông réng r·i cña IC c¶m biÕn nhiÖt nªn chóng t«i chän IC c¶m biÕn nhiÖt lµm dông cô ®o nhiÖt ®é dßng khÝ sÊy. * Nguyªn lý ho¹t ®éng chung cña IC ®o nhiÖt ®é IC ®o nhiÖt ®é lµ mét m¹ch tÝch hîp nhËn tÝn hiÖu nhiÖt ®é chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn d­íi d¹ng dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p. Dùa vµo ®Æc tÝnh rÊt nh¹y cña c¸c b¸n dÉn víi nhiÖt ®é t¹o ra ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi. §o tÝn hiÖu ®iÖn ta biÕt ®­îc gi¸ trÞ nhiÖt ®é cÇn ®o. Sù t¸c ®éng cña nhiÖt ®é t¹o ra ®iÖn tÝch tù do vµ c¸c lç trèng trong chÊt b¸n dÉn. B»ng sù ph¸ vì c¸c ph©n tö, bøt c¸c electron thµnh d¹ng tù do di chuyÓn qua vïng cÊu tróc m¹ng tinh thÓ t¹o sù xuÊt hiÖn c¸c lç trèng. Lµm cho ®iÖn tö tù do vµ lç trèng t¨ng lªn theo quy luËt hµm mò víi nhiÖt ®é. + IC ®o nhiÖt ®é LM335 Lo¹i IC c¶m biÕn nhiÖt nµy do h·ng SGS - Thomson Microelectronic ph¸t triÓn. LM335 ®­îc ®ãng vá nhùa theo hai d¹ng tiÖn dông cho thiÕt kÕ: H×nh 27: KiÓu vá Z(TO92) H×nh 28: KiÓu vá D(SO8) LM335 lµ lo¹i c¶m biÕn nhiÖt cã ®é chÝnh x¸c cao, ®· ®­îc chuÈn ho¸. Nã ho¹t ®éng gièng nh­ ®i«tzener. B¶ng 9 chØ ra mét sè th«ng sè ho¹t ®«ng cña LM335. B¶ng 9: Th«ng sè cña LM335 D¶i nhiÖt ®é ®o -400C ÷ 1000C D¶i dßng ho¹t ®éng 450 ÷ 5m Trë kh¸ng ®éng khi vËn hµnh Nhá h¬n 1 §iÖn ¸p ®Çu ra biÕn thiªn nhiÖt ®é 10mV/0C Dßng ng­îc 15mA Dßng thuËn 10mA §iÖn ¸p ®Çu ra ë 250C 2,92V÷ 3,04V §¸p øng cña c¶m biÕn theo sù thay ®æi cña nhiÖt ®é: H×nh 29: §¸p øng cña ®Çu ra theo sù biÕn ®æi cña nhiÖt ®é Ta còng cã thÓ dÔ dµng chuÈn ho¸ c¶m biÕn ë 250C ®Ó cã ®­îc ®iÖn ¸p ®Çu ra lµ 2,982V b»ng viÖc ®iÒu chØnh biÕn trë VR1 10K. + IC thuËt to¸n LM324 LM324 lµ lo¹i thuËt to¸n c«ng suÊt nhá, ®­îc tÝch hîp tíi 4 tÇng thuËt to¸n trªn mét vá. H×nh 31: H×nh d¸ng vµ cÊu t¹o bªn trong LM324 + LM324 cã b¨ng th«ng réng 1,3MHz. + §é lîi 100dB. + Dßng cung cÊp nhá 375. + §iÖn ¸p nu«i: §¬n cùc +3V ®Õn +30V, L­ìng cùc ±1,5V ®Õn ±15V. Yªu cÇu khuÕch ®¹i trong thiÕt kÕ lµ kh«ng kh¾t khe, mÆt kh¸c do tÝnh th«ng dông vµ gi¸ rÎ nªn chóng t«i chän LM324 cho thiªt kÕ * Kh©u t¹o ®iÖn ¸p chuÈn: Trong kh©u khuÕch ®¹i cña c¶m biÕn nhiÖt, cÇn thiÕt ph¶i t¹o ra mét ®iÖn ¸p chuÈn ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cña c¶m biÕn: §Ó t¹o ra ®­îc møc ®iÖn ¸p æn ®Þnh, ta dïng ®i«t æn ¸p 5,1V ®Êu ng­îc víi ®i«t muçi 1N4148 . Sôt ¸p tæng trªn hai ®i«t: Ut = UD + UDz = 5,1 + 0.6 = 5,7V Dßng ch¹y trong 1N4148 lµ rÊt nhá (<200mA). Lùa chän dßng 10mA: R10 = = 630 Sö dông lo¹i biÕn trë nhiÒu vßng - lµ lo¹i biÕn trë cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tinh, nèi víi ®iÖn trë 12K ®Ó cã thÓ lÊy ra ®iÖn ¸p chuÈn so s¸nh 2,73V vµ ®iÖn ¸p tham chiÕu 2V-Ref-AVR cho bé chuÓn ®æi A/D. 5.2.2. Khèi chuyÓn ®æi A/D Nh÷ng lo¹i chÝp th«ng th­êng, ®Ó cã thÓ xö lý ®­îc mét tÝn hiÖu t­¬ng tù, ng­êi ta ph¶i biÕn ®æi tÝn hiÖu nµy sang d¹ng tÝn hiÖu sè th«ng qua c¸c bé biÕn ®æi A/D bªn ngoµi chÝp, viÖc nµy lµm t¨ng thªm kÝch th­íc m¹ch ®iÖn vµ tiªu thô thªm c«ng suÊt. TÝch hîp bé chuyÓn ®æi A/D vµo trong chÝp ATMEGA8535 lµ mét h­íng ph¸t triÓn míi cña AVR. Bé chuyÓn ®æi A/D trong chÝp sö dông ph­¬ng ph¸p chuyÓn ®æi ADC xÊp xØ liªn tiÕp. Chóng t«i sö dông bé biÕn ®æi A/D trong chÝp ®Ó chuyÓn ho¸ tÝn hiÖu ®iÖn sau kh©u khuÕch ®¹i c¶m biÕn nhiÖt. TÝn hiÖu ®­îc ®­a vµo ch©n 40 (PA0), ®©y lµ mét trong nh÷ng ch©n vµo cña bé chuyÓn ®æi A/D. Nguån cÊp cho chuyÓn ®æi A/D lµ nguån +5V, ®­îc cÊp vµo ch©n 30(AVCC) th«ng qua ®iÖn c¶m L1. Môc ®Ých cña L1(10uH), C7(105pF), C8(33pF) ®¶m b¶o triÖt nhiÔu cho nguån cÊp A/D. Ch©n 31(AGND) nèi xuèng ®Êt. Th«ng th­êng nÕu ch©n 32(AREF) ®Ó trèng, ATMEGA8535 mÆc ®Þnh ®iÖn ¸p tham chiÕu lµ 2,56V, nã t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p t­¬ng tù ®Çu vµo biÕn ®æi 0V÷5V. Trong tr­êng hîp nµy ®iÖn ¸p khuÕch ®¹i tõ c¶m biÕn biÕn ®æi 0V÷4V nªn ta ph¶i ®­a vµo ®Çu AREF mét ®iÖn ¸p lµ 2V, ®iÖn ¸p ®­îc lÊy chuÈn th«ng qua biÕn trë R14. * Ho¹t ®éng: Khi cã tÝn hiÖu cho phÐp bé chuyÓn ®æi ho¹t ®éng, nã sÏ cËp nhËt ®iÖn ¸p ®Çu vµo theo thêi gian lËp tr×nh chuyÓn ®æi thµnh ®Çu ra: + Kªnh ®¬n ®­îc lùa chän, ®iÖn ¸p chuyÓn ®æi ADC = 0x000 lµ gi¸ trÞ sè ®Çu ra t­¬ng øng GND 0x3FF lµ gi¸ trÞ sè ®Çu ra t­¬ng øng VREF . + Kªnh chän cã ®é ph©n gi¶i GAIN ADC = B¶ng 10: Gi¸ trÞ chuyÓn ®æi víi ®é ph©n gi¶i GAIN 5.2.3. Khèi xö lý trung t©m Khèi xö lý trung t©m ®­îc thiÕt kÕ víi thµnh phÇn chñ ®¹o lµ chÝp vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535. Vi ®iÒu khiÓn nµy sÏ ®¶m nhËn viÖc ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi - göi th«ng tin ®Õn c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi vµ nhËn l¹i c¸c th«ng tin ph¶n håi. D¶i tÇn sè sö dông cho chÝp 0 ÷16MHz. Tuú thuéc vµo lo¹i th¹ch anh vµ tÇn sè céng h­ëng mµ ta chän tô céng h­ëng cho phï hîp (22pF÷33pF). Chóng t«i lùa chän Y1 lµ 8MHz, tô C14, C15 cã gi¸ trÞ 33pF. 2.4.3. S¬ ®å chÝnh §Ó thiÕt kÕ cho mét hÖ mang tÝnh ph¸t triÓn, cã thÓ thay ®æi ®Çu vµo hoÆc thªm vµo c¸c thµnh phÇn ngo¹i vi kh¸c, chóng t«i sö dông c¸c CON16 (conector) hai hµng ch©n. §Çu vµo cÊp nguån ®­îc thiÕt kÕ qua bé läc RC gåm L210μH, tô ceramicC16 1μF, C1733pF. 5.2.6. Khèi giao tiÕp m¸y tÝnh Trong thiÕt kÕ øng dông víi vi ®iÒu khiÓn th× ghÐp nèi m¸y tÝnh lµ mét c«ng viÖc b¾t buéc: + KÕt nèi m¸y tÝnh ®Ó phôc vô cho viÖc n¹p ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn vµo trong chÝp. + KÕt nèi m¸y tÝnh ®Ó cã thÓ thùc hiÖn ®iÒu khiÓn vµ theo dâi kÕt qu¶ ngay trªn m¸y tÝnh...  5.2.6.1. Bé ®Öm l¹p ch­¬ng tr×nh IC 74245 GhÐp nèi trùc tiÕp gi÷a thiÕt bÞ ngo¹i vi víi m¸y tÝnh qua cæng song song sÏ g©y ra nh÷ng rèi lo¹n vÒ th«ng tin cho c¶ hai thiÕt bÞ. MÆc dï cïng lµ møc TTL nh­ng vÉn cã sù chªnh lÖch møc tÝn hiÖu. V× vËy mµ ng­êi ta ph¶i dïng c¸c bé ®Öm lµm trung gian trªn ®­êng giao tiÕp. IC 74245 lµ bé ®Öm 8 bit ba tr¹ng th¸i, ®­îc thiÕt kÕ ®Ó phôc vô cho giao tiÕp møc TTL (3 ®Õn 5 v«n). TÊt c¶ c¸c ®Çu vµo ra ®­îc trang bÞ m¹ch b¶o vÖ tÜnh ®iÖn, b¶o vÖ sôt ¸p trªn lèi vµo. + §iÖn ¸p vËn hµnh VCC 2,0V ÷ 5,5V , + Møc vµo VIN 0V ÷ 5,5V , + Møc ra VOUT 0V ÷ VCC . S¬ ®å thiÕt kÕ m¹ch n¹p ch­¬ng tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn H×nh 47: M¹ch n¹p ch­¬ng tr×nh Chóng t«i sö dông phÇn mÒm n¹p ch­¬ng tr×nh Spi – Flash Programmer 3.7 cña Mohammad Asin Khan cung cÊp. §©y lµ phÇn mÒm l¹p tr­¬ng tr×nh cho tÊt c¶ c¸c hä vi ®iÒu khiÓn AVR qua cæng song song víi phÇn cøng nh­ ®· tr×nh bÇy. 5.2.6.2. Bé ®Öm truyÒn dÉn RS-232 IC MAX232 Cæng nèi tiÕp (COM) cña m¸y tÝnh sö dông chuÈn RS232. ChuÈn nµy kh«ng t­¬ng thÝch víi møc TTL. V× vËy ph¶i cã nh÷ng thiÕt bÞ chuyÓn ®æi chuÈn nµy sang chuÈn kia vµ ng­îc l¹i. IC MAX232 ®­îc thiÕt kÕ ®Ó phôc vô cho c«ng viÖc nµy. §iÒu ®Æc biÖt lµ MAX232 chuyÓn ®æi mµ kh«ng cÇn tíi ®iÖn ¸p cÊp ±12V. H×nh 46: S¬ ®å ch©n vµ cÊu t¹o cña MAX232 C¸c ®Æc tÝnh cña MAX232: + Nguån cÊp Vcc 1,5 ÷ 5,5V, + Vµo møc thÊp VIL <0,8V, + Vµo møc cao VIH >2V, + Dßng cÊp Icc 8 ÷ 10mA... §Ó cã thÓ ho¹t ®éng ta cÇn ph¶i thªm vµo mét sè tô theo khuyÕn c¸o cña nhµ s¶n xuÊt. C¸c tô thªm vµo ®­îc nèi tíi c¸c ch©n theo s¬ ®å trªn. S¬ ®å m¹ch giao tiÕp hiÓn thÞ d÷ liÖu hÖ thèng lªn m¸y tÝnh 5.2.7. Khèi ®ång bé tÝn hiÖu Trong ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p xoay chiÒu, ®ång bé lµ mét kh©u tèi quan träng. Khi ®ång bé ng­êi ®iÒu khiÓn sÏ nhËn biÕt ®­îc thêi ®iÓm nµo cã chu kú ®iÖn ¸p lªn vµ xuèng tõ ®ã ph¸t ra xung ®iÒu khiÓn hîp lý. Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p ®Ó t¹o tÝn hiÖu ®ång bé nh­: sö dông so s¸nh thuËt to¸n, sö dông optodiode, optotransistor... Tuú vµo ph­¬ng ph¸p ®­îc sö dông mµ tÝn hiÖu ®ång bé thu ®­îc kh¸c nhau. D­íi ®©y lµ mét d¹ng tÝn hiÖu ®ång bé: H×nh 52: Mét d¹ng tÝn hiÖu ®ång bé Víi nh÷ng lo¹i vi ®iÒu khiÓn cò, ng­êi thiÕt kÕ ph¶i sö dông tíi c¸c m¹ch ®ång bé ngoµi. Ng­îc l¹i ATMEGA8535 cã bé so s¸nh t­¬ng tù (analog) ®­îc tÝch hîp ngay trong chÝp nªn chóng t«i chän bé so s¸nh nµy ®Ó ®ång bé tÝn hiÖu víi l­íi ®iÖn §iÖn ¸p l­íi ®­îc h¹ ¸p qua biÕn thÕ T1 xuèng kho¶ng 2V, th«ng qua ®iÖn trë R23, R24 10KΩ ®Ó h¹n chÕ dßng mét c¸ch tèi ®a råi ®­a tíi hai ®Çu vµo cña bé so s¸nh thuËt to¸n (AIN0, AIN1). 5.2.8. Khèi c«ng suÊt Khèi c«ng suÊt lµ khèi m¹ch cuèi cïng liªn kÕt víi hÖ thèng. TÊt c¶ nh÷ng thµnh qu¶ cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn tr­íc ®ã ®­îc thÓ hiÖn trong kh©u nµy. Trong kh©u nµy chóng t«i chän sö dông triac, bëi v× triac dÔ ®iÒu khiÓn h¬n, gi¸ rÎ... D­íi ®©y tr×nh bÇy mét sè linh kiÖn sö dông trong m¹ch nµy: + Optotriac MOC3021 H×nh54: H×nh d¹ng bªn ngoµi vµ cÊu t¹o cña OptotriacMOC3021 MOC3021 lµ mét d¹ng triac quang, cã cùc cöa ®­îc kÝch b»ng ¸nh s¸ng, do vËy ®¶m b¶o tÝnh c¸ch ly rÊt cao. MOC3021 thÝch hîp víi nh÷ng øng dông cã c«ng suÊt nhá. * Mét sè th«ng sè cña MOC302: + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn trªn ®Çu ra 250V, + §iÖn ¸p vµo ®i«t 3V, + Dßng vµo ®i«t <50mA, + Dßng qua 1,2A , + C«ng suÊt tiªu thô 330mW. +Triac BT137 H×nh55: H×nh d¹ng bªn ngoµi vµ cÊu t¹o cña BT137 BT137 lµ dßng triac do h·ng Philips Semiconductors chÕ t¹o phôc vô cho nh÷ng øng dông ®ßi hái yªu cÇu ®ãng c¾t m¹ch tèc ®é cao nh­: ®iÒu khiÓn ®éng c¬, ®Ìn chiÕu s¸ng, relay, hÖ thèng t¹o nhiÖt... D­íi ®©y lµ th«ng sè cña BT137: + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn 800V. + Dßng cho phÐp ë ®iÖn ¸p 800V lµ 8A, khi tr¹ng th¸i kh«ng lÆp l¹i dßng cho phÐp lªn tíi 65A. + C«ng suÊt t¶i 2,4KW. + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ønh cùc cöa 5V. + C«ng suÊt trung b×nh trªn cùc cöa 0.5W. Dùa trªn ®iÒu kiÖn t¶i lµ d©y ®iÖn trë to¶ nhiÖt cã c«ng suÊt 2 ÷ 3KW, ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn 220V 50Hz. Dßng ®iÖn qua t¶i: It = = 9.09 ÷ 13,6A Nh­ vËy chóng t«i chän BT137 víi c¸c th«ng sè nªu trªn lµ phï hîp víi thiÕt kÕ. Tuy nhiªn ®Ó an toµn cho vi ®iÒu khiÓn cÇn ph¶i cã mét kh©u c¸ch ly, ®ång thêi còng lµ kh©u kÝch më gãc cho triac. Optotriac MOC3021 cã nh÷ng th«ng sè phï hîp cho kh©u nµy. §Çu ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM(18) ®­îc nèi víi ®Çu vµo MOC3021 qua mét ®iÖn trë h¹n chÕ dßng R25 560Ω. Tuy dßng ®Ønh ®Çu vµo lµ 50mA nh­ng ta h¹n chÕ tíi møc tèi ®a kho¶ng 10 ÷ 20mA. §Çu 6 cña MOC3021 nèi víi Anot cña BT137 qua ®iÖn trë R26 470 Ω ®Ó h¹n chÕ dßng qua cùc cöa BT137 xuèng d­íi 100mA. D¹ng ®iÖn ¸p trªn t¶i phô thuéc vµo xung kÝch më triac ®­îc m« t¶ trong H×nh 57: H×nh 57: D¹ng sãng ®iÖn ¸p trªn t¶i 5.2.9. Khèi m¹ch nguån PhÇn m¹ch nguån ®¶m nhËn chøc n¨ng cÊp nguån cho m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng vµ b¶o ®¶m æn ®Þnh cho nguån cÊp. Nguån xoay chiÒu h¹ ¸p xuèng 16VAC, ®­îc chØnh l­u qua cÇu chØnh l­u 2A. Yªu cÇu m¹ch ®iÖn cÇn cã hai møc ®iÖn ¸p lµ 5V vµ 12V, v× vËy chóng t«i lùa chän c¸c IC æn ¸p L7805 (æn ¸p 5V) vµ L7812 (æn ¸p 12V): 1. Input 2. GND 3. Output H×nh 59: H×nh d¹ng bªn ngoµi cña LM7805, LM7812 Ch­¬ng 6 Nghiªn cøu phÇn lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn 6.1. L­u ®å thuËt to¸n ch­¬ng tr×nh Yªu cÇu bµi to¸n ®Æt ra cho ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ph¶i thùc hiÖn nh÷ng c«ng viÖc sau: + ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù tõ c¶m biÕn sang tÝn hiÖu sè. + X¸c ®Þnh thêi ®iÓm kh«ng cña l­íi ®iÖn ®Ó ®ång bé ho¸ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. + Ch­¬ng tr×nh xö lý truyÒn dÉn tÝn hiÖu víi m¸y tÝnh + §Þnh thêi cho thêi gian trÝch mÉu, vµ kÝch më triac. Khai b¸o c¸c th­ viÖn cÇn sö dông Khai b¸o c¸c biÕn toµn côc + Khëi t¹o chuyÓn ®æi A/D + Khëi t¹o so s¸nh t­¬ng tù + Khëi t¹o c¸c bé ®Þnh thêi + Khëi t¹o LCD + Khëi t¹o truyÒn dÉn + Cho phÐp c¸c ng¾t KiÓm tra tÝn hiÖu nhËn tõ m¸y tÝnh vµ ®­a ra quyÕt ®Þnh xö lý B¾t ®Çu 6.1.1. Ch­¬ng tr×nh chÝnh 6.1.2. Ch­¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t so s¸nh t­¬ng tù ®Ó ®ång bé tÝn hiÖu ana_comp_isr (void) N¹p tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµo bé ®Þnh thêi 1. Cho phÐp bé ®Þnh thêi ch¹y KiÓm tra cã ph¶i nguyªn nh©n ng¾t lµ s­ên lªn trªn AC0 kh«ng? Cho nguyªn nh©n ng¾t lµ s­ên lªn trªn AC0 Cho nguyªn nh©n ng¾t lµ s­ên xuèng trªn AC0 Xo¸ cê ACI cho ng¾t tiÕp theo vµ tho¸t khái ch­¬ng tr×nh §óng Sai 6.1.3. Ch­¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t cho bé ®Þnh thêi 2 §iÒu khiÓn thêi gian trÝch mÉu lµ cña chuyÓn ®æi A/D. timer2_comp_isr(void) BiÕn ®Õm ®· b»ng 1000 ch­a? T¨ng biÕn ®Õm + Cho phÐp chuyÓn ®æiADC + Xo¸ biÕn ®Õm Tho¸t khái ch­¬ng tr×nh 6.1.4. Ch­¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t khi chuyÓn ®æi ADC ®· hoµn thµnh adc_isr(void) TÝnh ra nhiÖt ®é thËt cña lß X¸c ®Þnh sai sè Thùc hiÖn hµm truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn Khèng chÕ h»ng sè bé ®iÒu khiÓn ®Ó d÷ æn ®Þnh nhiÖt ®é ViÕt lªn LCD nhiÖt ®é lß TruyÒn nhiÖt ®é lß nªn m¸y tÝnh Tho¸t 6.1.5. Ch­¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t do bé ®Þnh thêi 1 timer1_compa_isr(void) + Set bit PD4. + TrÔ 100us. + Xo¸ bit PD4 + CÊm timer 1 ho¹t ®éng Tho¸t 6.2. Ch­¬ng tr×nh lËp tr×nh 6.2.1. C¸c c«ng cô lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn hä AVR Tõ khi tung ra thÞ tr­êng dßng vi ®iÒu khiÓn hä AVR, c«ng ty Atmel còng cho ra ®êi tr×nh dÞch AVR - Assembler, phôc vô cho vi ®iÒu khiÓn lo¹i nµy. AVR - Assembler hç trî viÖc viÕt ch­¬ng tr×nh b»ng ng«n ng÷ assembly, biªn dÞch nã sang file.hex; nh­ng ®Ó cã thÓ sö dông ®­îc c«ng cô nµy th× ng­êi lËp tr×nh ph¶i rÊt am hiÓu vÒ cÊu tróc cña AVR. Tuy nhiªn AVR còng hç trî ng«n ng÷ C, v× vËy c¸c c«ng ty øng dông AVR th­êng t¹o ra c«ng cô riªng cña m×nh dùa trªn ng«n ng÷ C. C¸c hµm trong ng«n ng÷ C ®­îc viÕt dùa trªn khèi c¸c lÖnh assembly. Khi sö dông ng«n ng÷ C, c«ng viÖc lËp tr×nh trë nªn ®¬n gi¶n h¬n vµ ng­êi lËp tr×nh kh«ng cÇn ph¶i quan t©m nhiÒu ®Õn cÊu tróc phÇn cøng cña chÝp. Trong thiÕt kÕ nµy chóng t«i sö dông c«ng cô lËp tr×nh Code Vision AVR C Compiler Evaluation cña c«ng ty Pavel Haiduc - HP InfoTech s.r.l. C«ng cô nµy hç trî c¶ lËp tr×nh C vµ Assembly: H×nh 62: Giao diÖn phÇn mÒm lËp tr×nh Code Vision AVR 6.2.2 PhÇn ch­¬ng tr×nh #include // Alphanumeric LCD Module functions #asm .equ __lcd_port=0x15 ;PORTC #endasm #include #include #include flash char *data[]={"t dat ","t lo"}; char tdat=50,nhan,truyen; char str[3]; int thdk=3000; int un1,yn1,un,yn,tick=0; int tlo,xoay; #define RXB8 1 #define TXB8 0 #define UPE 2 #define OVR 3 #define FE 4 #define UDRE 5 #define RXC 7 #define FRAMING_ERROR (1<<FE) #define PARITY_ERROR (1<<UPE) #define DATA_OVERRUN (1<<OVR) #define DATA_REGISTER_EMPTY (1<<UDRE) #define RX_COMPLETE (1<<RXC) // USART Receiver buffer #define RX_BUFFER_SIZE 8 char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE]; #if RX_BUFFER_SIZE<256 unsigned char rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter; #else unsigned int rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter; #endif // This flag is set on USART Receiver buffer overflow bit rx_buffer_overflow; // USART Receiver interrupt service routine interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void) { char status,data; status=UCSRA; data=UDR; if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) { rx_buffer[rx_wr_index]=data; if (++rx_wr_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_wr_index=0; if (++rx_counter == RX_BUFFER_SIZE) { rx_counter=0; rx_buffer_overflow=1; }; }; } #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Get a character from the USART Receiver buffer #define _ALTERNATE_GETCHAR_ #pragma used+ char getchar(void) { char data; while (rx_counter==0); data=rx_buffer[rx_rd_index]; if (++rx_rd_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; #asm("cli") --rx_counter; #asm("sei") return data; } #pragma used- #endif // USART Transmitter buffer #define TX_BUFFER_SIZE 8 char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE]; #if TX_BUFFER_SIZE<256 unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter; #else unsigned int tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter; #endif // USART Transmitter interrupt service routine interrupt [USART_TXC] void usart_tx_isr(void) { if (tx_counter) { --tx_counter; UDR=tx_buffer[tx_rd_index]; if (++tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_rd_index=0; }; } #ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_ // Write a character to the USART Transmitter buffer #define _ALTERNATE_PUTCHAR_ #pragma used+ void putchar(char c) { while (tx_counter == TX_BUFFER_SIZE); #asm("cli") if (tx_counter || ((UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)==0)) { tx_buffer[tx_wr_index]=c; if (++tx_wr_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_wr_index=0; ++tx_counter; } else UDR=c; #asm("sei") } #pragma used- #endif //Chuong trinh hien thi du lieu void display(void) { lcd_clear(); //Xoa LCD lcd_putsf(data[0]); //Hien thi dong chu "t dat" itoa(tdat,str);//Chuyen so nguyen sang xau lcd_puts(str);//Hien thi xau lcd_gotoxy(0,1);//Hien thi nhiet do dat. lcd_putsf(data[1]); delay_ms(10); } // Standard Input/Output functions #include interrupt [TIM1_COMPA] void timer1_compa_isr(void) { // Place your code here //Set bit kich xung dieu khien PORTD.4=1; TCCR1B=0x00;//Cam bo dinh thoi 1 hoat dong } // Timer 2 output compare interrupt service routine interrupt [TIM2_COMP] void timer2_comp_isr(void) { // Place your code here if(tick++==1000) { tick=0; ADCSRA|=0x40; }; //TIFR|=0x02; } // Analog Comparator interrupt service routine interrupt [ANA_COMP] void ana_comp_isr(void) { // Place your code here if (un1<0) { thdk=9800; PORTD.4=0; } else { TCNT1=65534-thdk;//nap tin hieu dieu khien vao thanh ghi bo dinh thoi 1 PORTD.4=0; TCCR1B=0x0A;//Bat dau cho bo dinh thoi 1 hoat dong o tan so 125kHz } if(ACSR&0x03==0x03) //Chuyen suon len thanh suon xuong ACSR&=0xFE; //neu dang la suon len va nguoc lai else ACSR|=0x03; //ACSR|=0x13; //Ghi gia tri 1 vao co ACI de xoa co. } // ADC interrupt service routine interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void) { // Place your code here // Doc ket qua chuyen doi va tinh nhiet do thuc tlo=ADCW*0.099; un1=tdat-tlo;//Tinh sai so //Bo dieu khien tich phan voi Ti=2.244 thdk=thdk - 20*(un1); if(thdk<1000){ thdk=1000; }; lcd_gotoxy(5,1); itoa(tlo,str); lcd_puts(str); xoay=tlo; truyen=0; while (xoay!=0){ xoay--; truyen++; }; putchar(truyen); } // Declare your global variables here void main(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00; // Port B initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTB=0x00; DDRB=0x00; // Port C initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTC=0x00; DDRC=0x00; // Port D initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00; DDRD=0x10; // Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; // Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer 1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: On // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x0C; TCNT2=0x00; OCR2=0x7D; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x90; // USART initialization // Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0xD8; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x33; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: On // Interrupt on Output Toggle // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x0B; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC Clock frequency: 125.000 kHz // ADC Voltage Reference: AREF pin // ADC High Speed Mode: Off // ADC Auto Trigger Source: None ADMUX=0x00; ADCSRA=0x8E; // LCD module initialization lcd_init(8); // Global enable interrupts #asm("sei") while (1) { // Place your code here display(); nhan=getchar(); if (nhan==0) { PORTD.4=0; TIMSK=0x00; } else TIMSK=0x90; if (nhan>=15){ tdat=nhan;}; delay_ms(10); }; } 6.3. Ch­¬ng tr×nh m« pháng M« pháng lµ c«ng cô quan träng víi ng­êi lËp tr×nh, nã cho phÐp kiÓm tra lçi cña phÇn lËp tr×nh tr­íc khi n¹p vµo chÝp thùc. Trong thiÕt kÕ nµy chóng t«i sö dông phÇn mÒm m« pháng Proteus 6 Professional. H×nh 64: Giao diÖn phÇn mÒm m« pháng 6.4. KÕt luËn + M¹ch m« pháng ho¹t ®éng tèt. + Thêi gian ®¸p øng nhanh, d¹ng sung dÇu ra cña t¶i ®­îc c¾t ®óng nh­ lý thuyÕt. + æn ®Þnh l¹i nhanh khi cã sù thay ®æi ®ét ngét cña hÖ thèng. PhÇn 3 KÕt luËn vµ ®Ò nghÞ 1. KÕt luËn 2. ®Ò nghÞ