Xem mẫu
- KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA
THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI XỬ LÝ
Dr. Nguyễn Hồng Quang
1
Electrical Engineering
Đề cương môn học
• Địa chỉ liên hệ
• Nội dung môn học
• Tài liệu tham khảo
• Bài tập dài và đề thi
• Những yêu cầu từ sinh viên
2
Electrical Engineering
1
- Địa chỉ
• Khoa Tự động hoá, C9-106, Tel 8692306
• Thầy giáo
– Nguyễn Hồng Quang,
quangnh@mail.hut.edu.vn
– Võ Công Thành, thanhvd-
auto@mail.hut.edu.vn
3
Electrical Engineering
Mục đích môn học
• Trang bị kiến thức cơ sở về:
– Kỹ thuật số
– Nguyễn lý làm việc hệ thống vi xử lý
– Nghiên cứu tính năng vi điều khiển 8051
• Trang bi kỹ năng làm việc với hệ Vi xử lý
– Phương pháp thiết kế phần cứng
– Phương pháp thiết kế phần mềm
4
Electrical Engineering
2
- Kết quả môn học
• Phân biệt được các phần tử cơ bản dùng
trong hệ thống điều khiển số
• Xây dựng mô hình điều khiển số sử dụng hệ
thống Vi xử lýkhác nhau
5
Electrical Engineering
Tài liệu tham khảo
• Điều khiển logic, Nguyễn Trọng Thuần
• Họ Vi điều khiển 8051, Tống Văn On
• Đo lường và điều khiển bằng máy tính, Ngô
Diên Tập
• Kỹ thuật vi xử lý, Văn Thể Minh
• Internet – code project
6
Electrical Engineering
3
- Yêu cầu
• Bài giảng
– Đến nghe đủ các buổi giảng
– Cố gắng hỏi các câu hỏi trong thời gian cho
phép
• Thí nghiệm
– Làm đầy đủ các thí nghiệm, có viết báo cáo
7
Electrical Engineering
Thời gian biểu
TuÇn 1 Giíi thiÖu hÖ thèng sè
Các mạch số cơ bản, flip-flop, mạch nhớ
TuÇn 2
Giới thiệu hệ Vi xử lý, vi điều khiển, cầu trúc phần cứng
TuÇn 3
Cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động của vi điều khiển 8051
TuÇn 4
GiớI thiệu về phần mềm Assembler 8051, chưong trình dịch, phần 1
TuÇn 5
GiớI thiệu về phần mềm Assembler 8051, chưong trình dịch, phần 2
TuÇn 6
Bộ dịnh thời và nguyên lý hoạt động
TuÇn 7
Ngắt và cách xử lý tín hiệu ngắt
TuÇn 8
TuÇn 9 HÖ thèng truyÒn tin, A/D, D/A,
Thí nghiệm ghép nối thiết bị ngoại vi, phương pháp xử lý
TuÇn 10
Thí nghiệm điểu khiển động cơ bước, động cơ một chiều
TuÇn 11
GiảI đáp thắc mắc, đề thi
TuÇn 12
8
Electrical Engineering
4
- Nguyên lý chung hệ thống cơ điện tử
HÖ thèng ra
quyÕt ®Þnh
C¶m biÕn
C¬ cÊu chÊp
(sensor)
hµnh
§èi t−îng thùc
9
Electrical Engineering
Định nghĩa
• Hệ thống điều khiển thời gian thực (real
time system) là hệ thống phải đáp ứng yêu
cầu điều khiển trong khoảng thời gian xác
định.
• Sai sót trong việc đáp ứng thời gian này sẽ
dẫn tới hậu quả khác nhau hoặc làm hư
hỏng toàn bộ hệ thống
10
Electrical Engineering
5
- Ví dụ
11
Electrical Engineering
Hệ thống lái máy bay tự hành
• Yêu cầu máy bay
lái theo quỹ đạo
định trước
• Hệ điều khiển
cánh lái, cánh
nâng, động cơ
• Xác định vị trí
tương đối so với
các chuẩn mặt
đất và độ cao của
máy bay
12
Electrical Engineering
6
- Phản ứng hệ thống
• Lý thuyết hệ thống
• Lý thuyết điều khiển
13
Electrical Engineering
Mô phỏng hệ thống
Hệ thống
HÖ thèng §Çu ra
§Çu vµo
Ph−¬ng tr×nh vi ph©n
B¶ng t×m kiÕm
HÖ logic
14
Electrical Engineering
7
- M« pháng hÖ thèng 2
Load
Actual
Desired
+ Velocity
Velocity
PID Motor
+ +
-
Voltages ?
Measured
Sensor Velocity
15
Electrical Engineering
M« pháng hÖ thèng 3
yn
+
xd y
u dy 1
u = K ( xd − xm ) + y=x
+ +
dx T
-
xm
ya
xm = Ayb + B
16
Electrical Engineering
8
- Khối sử lý lệnh
• Khối tín hiệu tương tự
• Khối PLC
• Sử dụng máy tính điều khiển
17
Electrical Engineering
Tín hiệu tương tự
18
Electrical Engineering
9
- Programmable logic controller
(PLC)
• Thực hiện các phép toán lôgic
– Nếu A và B thì C
• Các mạch trễ, tạo xung vuông (PMW)
• Sơ đồ hình thang (ladder diagram)
• Thực hiện xử lý song song
19
Electrical Engineering
Digital Computer
D/A Amplifier
Digital
Control
Law
A/D Resolver
20
Hugh Durrant-Whyte 1540 Introduction To Mechatronics 20
Electrical Engineering
10
- Lợi ích
• Độ phức tạp
• Tốc độ
• Tính ổn định
• Giá thành
• Tính mềm dẻo
21
Electrical Engineering
Cảm biến (sensor)
• Hệ thống chuyển đổi vật lý
• Gia công tín hiệu (signal conditioning)
• Chuyển đổi số tín hiệu
22
Electrical Engineering
11
- Chuyển đổi vật lý
• Chuyển đổi cơ khí
• Chuyển đổi quang
• Chuyển đổi từ
• Chuyển đổi nhiệt
23
Electrical Engineering
Cơ cấu chấp hành
• Động cơ 1 chiều DC servo
• Xoay chiều servo
• Step motor
• Piezo
• Thuỷ lực, thuỷ khí
24
Electrical Engineering
12
- Hệ thống truyền tin
• Nằm trong hệ thống điều khiển phân tán
(DCS)
• Liên lạc giữa các cấp
– Máy điều hành tới máy điều khiển
– Máy điều khiển tới hệ vi xử lý
• Chuẩn truyền thông, CAN, RS232/485,
FieldBus, ProfiBus
25
Electrical Engineering
Phân biệt tín hiệu tương tự và số
• Tín hiệu tương tự là • TÝn hiÖu rêi r¹c
dải tín hiệu • X thuéc tËp [x1, x2
• x thuộc tập hợp ..xn ]
(xmin – xmax) • VÝ dô: Thêi gian
• Ví dụ: nhiệt độ, áp trong ngµy, tiÒn ...
suốt, dòng điện
26
Electrical Engineering
13
- Tín hiệu nhị phân
• Tín hiệu biểu diễn bởi 2 trạng thái [0, 1],
• Trạng thái bóng đèn
• Trạng thái công tắc [0n, Off]
27
Electrical Engineering
Tập hợp 2 trạng thái
• X1 = {0, 1}
• X2 = {0, 1}
• Tập hợp X = {X1, X2}
= {00, 01, 10, 11}
28
Electrical Engineering
14
- Tập hợp 3 trạng thái
• X1 ∈ {0,1}, X2 ∈
{0,1}, X2 ∈ {0,1} X3 X2 X1 X
0 0 0 000
• X ∈ {X1, X2, X3} 0 0 1 001
0 1 0 010
8 trạng thái khác nhau 0 1 1 011
1 0 0 100
1 0 1 101
1 1 0 110
1 1 1 111
29
Electrical Engineering
Tổ hợp n bit
• N bit Xi = {0, 1}
n
• Tổ hợp trạng thái 2 trạng thái khác nhau
30
Electrical Engineering
15
- Tổ hợp N bít
n KILO
1 2 0
2 4 1
4 16 0
8 256 1
10 1024 1 KILO
12 4096 4 KILO
16 65534 64 KILO
20 1048576 1024 KILO = 1 MEGA
30 107374824 1024 MEGA = 1 GIGA
32 4294967296 4 GIAGA
31
Electrical Engineering
Hiển thị các số thập phân
284 7
• 2*1000 + 8*100+ 4* 10 + 7*1
• 2* 10^3 + 8* 10^2 + 4*10^1 + 7*10^0
32
Electrical Engineering
16
- Số thực (floating point)
28.47
• 2*10 + 8*1+ 4* 0.1 + 7*0.01
• 2* 10^1 + 8* 10^0 + 4*10^(-1) + 7*10^(-2)
33
Electrical Engineering
Hệ cơ s ố
• Hệ thập phân – {0, 1, ....., 9} - 10
• Hệ nhị phân - {0, 1}- 2
• Hệ cơ số hex
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15}
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}
34
Electrical Engineering
17
- Chuyển đổi từ hệ cơ số 2 - 16
•1 0 1 0
2^3 2^2 2^1 2^0
8 2
10
35
Electrical Engineering
HÖ c¬ sè 2 C¬ sè 16 C¬ sè 10
0000 0 0
0001 1 1
0010 2 2
0011 3 3
0100 4 4
0101 5 5
0110 6 6
0111 7 7
1000 8 8
1001 9 9
1010 A 10
1011 B 11
1100 C 12
1101 D 13
1110 E 14
1111 F 15
36
Electrical Engineering
18
- Hệ thống 16 bít thường gặp
• Cho số 16 bit: 1AB6
• Hệ cơ số 10:
– 1* 16^3 + A* 16^2 + B* 16^1 + 6 * 16^0
• Hệ cơ số 2, mã BCD
1 A B 6
0001 1010 1011 0110
37
Electrical Engineering
Chuyển đổi từ số thập phân sang
hệ số bất kỳ
• Cho số X (nguyên dương), và cơ số B.
– X/B = Z1 dư r[1]
– Z1/B = Z2 dư r[2]
– Z1 < B
38
Electrical Engineering
19
- Ví dụ
• Ví dụ cho số 12, biểu diễn dạng nhị phân
– 6 – dư 0
– 3 – dư 0
– 1 – dư 1
– 1
• 1100
39
Electrical Engineering
HÖ c¬ sè 2 C¬ sè 10
0111 7
Số âm
0110 6
0101 5
0100 4
0011 3
0010 2
Bit ngoµi cïng lµ
0001 1
00 0
1 th× gäi lµ sè ©m
1111 -1
1110 -2
1101 -3
1100 -4
1011 -5
1010 -6
1001 -7
1000 -0
40
Electrical Engineering
20
nguon tai.lieu . vn
