Thiết kế điều khiển hệ thống rơle thông qua cổng LPT1
Tính cấp thiết của đề tài:
Hiện nay ghép nối máy tính với các thiết bị chức năng để tạo các ứng dụng hữu ích là công việc được nhiều người nghiên cứu, và là công cụ học tập, giảng dạy rất phù hợp. Đề tài này được thiết kế nhằm giúp sinh viên làm quen với việc sử dụng máy tính và cổng LPT1 vào công việc điều khiển tự động, để mở rộng khả năng sử dụng các thiết bị, phương tiện được điều khiển một cách linh hoạt hơn.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài:
- Tìm hiểu mạch điện ghép nối với máy tính thông qua cổng máy tính LPT1.
- Tìm hiểu các thông số điện và một số đặc điểm đặc trưng của cổng LPT1 có những thuận tiện, khó khăn gì đối với việc ghép nối máy tính với thiết bị khác.
- Tìm hiểu một số phương pháp lập trình điều khiển cổng LPT1.
Nội dung của đề tài
3.1. Tổng quan về cổng máy in LPT1:
Đây là cổng ghép nối với máy in (còn gọi là giao diện Centronics). Nó nối máy tính và máy in thông qua một ổ cắm 25 chân (có 8 đường dữ liệu, 8 đất, 4 lối ra dẫn tín hiệu điều khiển từ máy tính, 5 lối vào thông báo trạng thái của thiết bị được điều khiển). Việc liên lạc và điều khiển cổng LPT1 được thực hiện thông qua các thanh ghi có địa chỉ cơ bản là 0x378, đây chính là địa chỉ cơ bản của thanh ghi thứ nhất.
dùng cáp song song (Đây là một loại cáp tròn có 25 dây dẫn song song).
- Nhược điểm : Giữa các dây dẫn song song của nó khi có dòng điện chạy qua hình thành một “mạch thang RC” gây nhiễu lẫn nhau. Bởi vậy cáp LPT1 không dẫn tín hiệu đi xa được (chiều dài hoạt động hiệu quả £ 5 met).
- Ưu điểm : Do chiều dài cáp ngắn và có nhiều đường dữ liệu song song nên tốc độ truyền dữ liệu nhanh, kịp thời trong thời gian thíchhợp.
Ngoài ra còn có một loại cáp dẹt khác (có 25 chân) để nối từ đầu ra của cáp tròn (có các chân đặt so le nhau) tới mạch điều khiển khi cần thiết.
3.3. Đặc điểm điện áp và dòng điện ở đầu ra của cổng-LPT1
3.3.1. Mức điện áp trên các đầu ra
Là mức TTL (logic cao lý tưởng là +5V nhưng trong thực tế là + 4V, logic thấp 0v). Do đó rất thích hợp để ghép nối với các mạch số bên ngoài. Thông thường, khi ghép nối với máy tính, ta đi qua một tầng đệm trung gian nhằm cách ly và bảo vệ cổng máy tính đồng thời có thể sử dụng dữ liệu sau tầng đệm một cách linh hoạt (ví dụ 74HC245, 74HC257)
3.3.2. Dòng điện
Dòng điện chạy qua cổng nhỏ cỡ vài mA. Nếu mạch ngoài ghép với máy tính yêu cầu một dòng đủ lớn để làm việc thì ta có thể khuếch đại dòng điện với một hệ số khuếch đại thích hợp (VD:sử dụng mạch khuếch đại bằng Tranzitor, triac v.v).
3.4. Đặc điểm của mạch ghép nối từ cổng LPT1 tới đối tượng được điều khiển:
3.4.1. Tầng đệm (môđun cơ sở 8 bit vào/ra)
Các đường dẫn dữ liệu đi tới bộ đệm 74HC245, vi mạch này tách ra các dữ liệu đã đến của máy tính PC từ môđun ghép nối. Để đọc vào 8 bit dữ liệu, sử dụng vi mạch 74HC257với 4 bộ dồn kênh (2 lối vào, một lối ra). Nhờ vậy mà một chu trình đọc vào được chia làm 2nửa (chân SEL=0 thì 4 bit dữ liệu đầu sẽ được đọc vào, SEL=1 thì 4 bit dữ liệu sau được đọc; chân INIT của cổng LPT1 có tác dụng chuyển mạch đối với SEL) (hình 1.2).
Nguồn nuôi môđun này lấy từ đầu ra của vi mạch ổn áp 7805(điện áp lối vào của vi mạch này có thể lấy từ bộ pin 9V hay bộ nắn điện từ nguồn điện lưới 50Hz).
3.4.2. Đặc điểm chủ yếu của van điều khiển
Tuỳ loại rơle sử dụng mà có những yêu cầu riêng về mức điện áp và dòng điện hoạt động hiệu quả. Để thích nghi với điện áp đầu ra của cổng LPT1(0-4V). Chúng tôi đã chọn loại rơle 5v. Rơle loại này sẽ hút khi mức điện áp vào cỡ 2,3V và dòng điện cỡ vài chục mA trở lên.
Thực tế, ta có thể sử dụng triac, thiristor thay thế cho rơle tốt hơn trong một số trường hợp; nhưng vì hai loại này thuộc loại linh kiện bán dẫn có tuổi thọ và thời gian làm việc liên tục thấp hơn so với rơle nên ta chọn rơle để điều khiển.
Để chốt dữ liệu từ máy tính đến rơle, sao cho bất cứ khi nào mức điện áp ra của cổng máy tính là logic dương thì rơle hút và mức logic âm thì rơle nhả, ta sử dụng trigơ D với đầu vào D từ chân dữ liệu ra từ cổng LPT1, đầu ra Q sẽ nối tới cực bazơ của tranzitor để điều khiển rơle hoạt động(ví dụ:74LS374 với 8 trigơ D). Để khuếch đại dòng điện đưa vào điều khiển rơle, ta chọn
10 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2548 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế điều khiển hệ thống rơle thông qua cổng LPT1, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thiÕt kÕ ®iÒu khiÓn hÖ thèng r¬le
th«ng qua cæng -lpt1
TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi:
HiÖn nay ghÐp nèi m¸y tÝnh víi c¸c thiÕt bÞ chøc n¨ng ®Ó t¹o c¸c øng dông h÷u Ých lµ c«ng viÖc ®îc nhiÒu ngêi nghiªn cøu, vµ lµ c«ng cô häc tËp, gi¶ng d¹y rÊt phï hîp. §Ò tµi nµy ®îc thiÕt kÕ nh»m gióp sinh viªn lµm quen víi viÖc sö dông m¸y tÝnh vµ cæng LPT1 vµo c«ng viÖc ®iÒu khiÓn tù ®éng, ®Ó më réng kh¶ n¨ng sö dông c¸c thiÕt bÞ, ph¬ng tiÖn ®îc ®iÒu khiÓn mét c¸ch linh ho¹t h¬n.
Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu cña ®Ò tµi:
T×m hiÓu m¹ch ®iÖn ghÐp nèi víi m¸y tÝnh th«ng qua cæng m¸y tÝnh LPT1.
T×m hiÓu c¸c th«ng sè ®iÖn vµ mét sè ®Æc ®iÓm ®Æc trng cña cæng LPT1 cã nh÷ng thuËn tiÖn, khã kh¨n g× ®èi víi viÖc ghÐp nèi m¸y tÝnh víi thiÕt bÞ kh¸c.
T×m hiÓu mét sè ph¬ng ph¸p lËp tr×nh ®iÒu khiÓn cæng LPT1.
Néi dung cña ®Ò tµi
Tæng quan vÒ cæng m¸y in LPT1:
§©y lµ cæng ghÐp nèi víi m¸y in (cßn gäi lµ giao diÖn Centronics). Nã nèi m¸y tÝnh vµ m¸y in th«ng qua mét æ c¾m 25 ch©n (cã 8 ®êng d÷ liÖu, 8 ®Êt, 4 lèi ra dÉn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ m¸y tÝnh, 5 lèi vµo th«ng b¸o tr¹ng th¸i cña thiÕt bÞ ®îc ®iÒu khiÓn). ViÖc liªn l¹c vµ ®iÒu khiÓn cæng LPT1 ®îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c thanh ghi cã ®Þa chØ c¬ b¶n lµ 0x378, ®©y chÝnh lµ ®Þa chØ c¬ b¶n cña thanh ghi thø nhÊt.
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
Data bit D1 (Pin 3)
Data bit D0 (Pin 2)
Data bit D2 (Pin 4)
Data bit D3 (Pin 5)
Data bit D4 (Pin 6)
Data bit D6 (Pin 7)
Data bit D5 (Pin 8)
Data bit D7 (Pin 9)
Data register(Basic address)
ERROR (Pin 15)
SLCT (Pin 13)
PE (Pin 12)
ACK (Pin 10)
BUSY (Pin 11)
D7
D6
D5
D4
D3
0
0
0
Status register ( Basic address +1 )
Control register ( Basic address +2)
AUTO FEED (Pin 14)
STROBE (Pin 1)
INIT (Pin 16)
SLCTIN (Pin 17)
IRQ_Enable
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
S¬ ®å c¸c ch©n cña cæng m¸y in - LPT1:
Ch©n
Ký hiÖu
Vµo/ ra
M« t¶
1
STROBE
Lèi ra
2
D0
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D0
3
D1
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D1
4
D2
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D2
5
D3
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D3
6
D4
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D4
7
D5
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D5
8
D6
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D6
9
D7
Lèi ra
§êng dÉn d÷ liÖu D7
10
ACK
Lèi vµo
X¸c nhËn
11
BUSY
Lèi vµo
1:M¸y in bËn
12
PE
Lèi vµo
HÕt giÊy
13
SLCK
Lèi vµo
Lùa chän
14
AF
Lèi vµo
Tù n¹p
15
ERROR
Lèi vµo
Lçi
16
INIT
Lèi ra
0: §Æt l¹i m¸y in
17
SLCTIN
Lèi ra
Select in
18
GND
Lèi ra
Nèi ®Êt
.
.
.
.
.
.
.
.
25
GND
Lèi ra
Nèi ®Êt
H×nh 1: S¬ ®å ch©n cña cængLPT
§Æc ®iÓm d©y c¸p - LPT1
§Ó nèi tõ cæng LPT1 tíi thiÕt bÞ ®îc ghÐp nèi ngêi ta dïng c¸p song song (§©y lµ mét lo¹i c¸p trßn cã 25 d©y dÉn song song).
Nhîc ®iÓm : Gi÷a c¸c d©y dÉn song song cña nã khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua h×nh thµnh mét “m¹ch thang RC” g©y nhiÔu lÉn nhau. Bëi vËy c¸p LPT1 kh«ng dÉn tÝn hiÖu ®i xa ®îc (chiÒu dµi ho¹t ®éng hiÖu qu¶ £ 5 met).
¦u ®iÓm : Do chiÒu dµi c¸p ng¾n vµ cã nhiÒu ®êng d÷ liÖu song song nªn tèc ®é truyÒn d÷ liÖu nhanh, kÞp thêi trong thêi gian thÝch hîp.
Ngoµi ra cßn cã mét lo¹i c¸p dÑt kh¸c (cã 25 ch©n) ®Ó nèi tõ ®Çu ra cña c¸p trßn (cã c¸c ch©n ®Æt so le nhau) tíi m¹ch ®iÒu khiÓn khi cÇn thiÕt.
§Æc ®iÓm ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ë ®Çu ra cña cæng-LPT1
3.3.1. Møc ®iÖn ¸p trªn c¸c ®Çu ra
Lµ møc TTL (logic cao lý tëng lµ +5V nhng trong thùc tÕ lµ + 4V, logic thÊp 0v). Do ®ã rÊt thÝch hîp ®Ó ghÐp nèi víi c¸c m¹ch sè bªn ngoµi. Th«ng thêng, khi ghÐp nèi víi m¸y tÝnh, ta ®i qua mét tÇng ®Öm trung gian nh»m c¸ch ly vµ b¶o vÖ cæng m¸y tÝnh ®ång thêi cã thÓ sö dông d÷ liÖu sau tÇng ®Öm mét c¸ch linh ho¹t (vÝ dô 74HC245, 74HC257)
3.3.2. Dßng ®iÖn
Dßng ®iÖn ch¹y qua cæng nhá cì vµi mA. NÕu m¹ch ngoµi ghÐp víi m¸y tÝnh yªu cÇu mét dßng ®ñ lín ®Ó lµm viÖc th× ta cã thÓ khuÕch ®¹i dßng ®iÖn víi mét hÖ sè khuÕch ®¹i thÝch hîp (VD:sö dông m¹ch khuÕch ®¹i b»ng Tranzitor, triac v.v).
§Æc ®iÓm cña m¹ch ghÐp nèi tõ cæng LPT1 tíi ®èi tîng ®îc ®iÒu khiÓn:
3.4.1. TÇng ®Öm (m«®un c¬ së 8 bit vµo/ra)
C¸c ®êng dÉn d÷ liÖu ®i tíi bé ®Öm 74HC245, vi m¹ch nµy t¸ch ra c¸c d÷ liÖu ®· ®Õn cña m¸y tÝnh PC tõ m«®un ghÐp nèi. §Ó ®äc vµo 8 bit d÷ liÖu, sö dông vi m¹ch 74HC257 víi 4 bé dån kªnh (2 lèi vµo, mét lèi ra). Nhê vËy mµ mét chu tr×nh ®äc vµo ®îc chia lµm 2nöa (ch©n SEL=0 th× 4 bit d÷ liÖu ®Çu sÏ ®îc ®äc vµo, SEL=1 th× 4 bit d÷ liÖu sau ®îc ®äc; ch©n INIT cña cæng LPT1 cã t¸c dông chuyÓn m¹ch ®èi víi SEL) (h×nh 1.2).
Nguån nu«i m«®un nµy lÊy tõ ®Çu ra cña vi m¹ch æn ¸p 7805 (®iÖn ¸p lèi vµo cña vi m¹ch nµy cã thÓ lÊy tõ bé pin 9V hay bé n¾n ®iÖn tõ nguån ®iÖn líi 50Hz).
§Æc ®iÓm chñ yÕu cña van ®iÒu khiÓn
Tuú lo¹i r¬le sö dông mµ cã nh÷ng yªu cÇu riªng vÒ møc ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ho¹t ®éng hiÖu qu¶. §Ó thÝch nghi víi ®iÖn ¸p ®Çu ra cña cæng LPT1(0-4V). Chóng t«i ®· chän lo¹i r¬le 5v. R¬le lo¹i nµy sÏ hót khi møc ®iÖn ¸p vµo cì 2,3V vµ dßng ®iÖn cì vµi chôc mA trë lªn.
Thùc tÕ, ta cã thÓ sö dông triac, thiristor thay thÕ cho r¬le tèt h¬n trong mét sè trêng hîp; nhng v× hai lo¹i nµy thuéc lo¹i linh kiÖn b¸n dÉn cã tuæi thä vµ thêi gian lµm viÖc liªn tôc thÊp h¬n so víi r¬le nªn ta chän r¬le ®Ó ®iÒu khiÓn.
§Ó chèt d÷ liÖu tõ m¸y tÝnh ®Õn r¬le, sao cho bÊt cø khi nµo møc ®iÖn ¸p ra cña cæng m¸y tÝnh lµ logic d¬ng th× r¬le hót vµ møc logic ©m th× r¬le nh¶, ta sö dông trig¬ D víi ®Çu vµo D tõ ch©n d÷ liÖu ra tõ cæng LPT1, ®Çu ra Q sÏ nèi tíi cùc baz¬ cña tranzitor ®Ó ®iÒu khiÓn r¬le ho¹t ®éng(vÝ dô:74LS374 víi 8 trig¬ D). §Ó khuÕch ®¹i dßng ®iÖn ®a vµo ®iÒu khiÓn r¬le, ta chän
Tranzitor lo¹i C945(NPN)víi hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn cì 200 lÇn. Do ®Æc ®iÓm ®iÖn trë cña R¬le cì vµi chôc W nªn ta chän m¹ch khuyÕch ®¹i nh ( h×nh 1.3 )
74HC25
D0 - D7
Pin2-Pin9
post
lpt1
74HC25
Pin10-Pin13
ERROR
STROBE
INIT
SEL
(H×nh 1.2)
Ph¬ng ph¸p lËp tr×nh ®iÒu khiÓn:
Tuú vµo ®èi tîng ®iÒu khiÓn vµ môc ®Ých ®iÒu khiÓn mµ ta x©y dùng cho nã mét thuËt to¸n riªng thÝch hîp. Nãi chung, ta nhËn c¸c d÷ liÖu cÇn thiÕt (qua 5 ®êng dÉn lèi vµo) vµ ®Æt nã ë vïng ®Öm råi lÊy ra xö lý theo thuËt to¸n x¸c ®Þnh, sau ®ã xuÊt c¸c d÷ liÖu ®iÒu khiÓn t¬ng øng ë ®Çu ra.ViÖc nhËn vµ xuÊt d÷ liÖu ®îc thùc hiÖn bëi c¸c lÖnh C t¬ng øng sau:
NhËn d÷ liÖu: inp(address register, data);
XuÊt d÷ liÖu : outp(address register,data);
Trong khu«n khæ cña ®Ò tµi nµy, ®Ó thÝch hîp víi môc ®Ých häc tËp ta kh«ng chän mét ®èi tîng ®iÒu khiÓn cô thÓ nµo mµ lÊy thêi gian lµm ®èi tîng ®iÒu khiÓn chung (ch¬ng tr×nh nguån ®îc x©y dùng díi c¸c hµm do ®ã cã thÓ tiÕp tôc ®îc n©ng cÊp).
4. Kh¶ n¨ng øng dông trong thùc tiÔn cña ®Ò tµi:
Më réng kh¶ n¨ng sö dông panel trong phßng thùc hµnh (ghÐp nèi panel víi m¸y tÝnh th«ng qua cæng LPT1) ®Ó më réng kh¶ n¨ng sö dông cña c¸c thiÕt bÞ s½n cã.
øng dông thùc tiÔn ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c chu tr×nh vËn hµnh m¸y mãc phøc t¹p cÇn tíi sù phèi hîp cña m¸y tÝnh.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Thiết kế điều khiển hệ thống rơle thông qua cổng LPT1.DOC
