LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển,
từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật
điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển
lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin
cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như
máy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày
càng hiện đại và tiện nghi hơn.Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy
có yêu cầu về điều chỉnh chiều quay.
Vì vậy với đề tài thực tập môn học về “Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51
và ứng dụng điều khiển động cơ điện một chiều ( quay thuận, quay ngược )”
dưới sự hướng dẫn tận tình của cô Đỗ Thị Mai . Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng
Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên
đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên
trong khoa. Em xin chân thành cảm ơn !


1.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): 10

1.5 Các cải tiến của 8052: 12

1.6 Hoạt động Reset: 12

2. Tìm hiểu về động cơ điện một chiều 13

2.1 Khái niệm động cơ điện một chiều. 13

2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều. 14

2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 16

2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 17

2.5 Phân loại 18

3. Tìm hiểu về mosfet 19

3.1 Giới thiệu về Mosfet 19

3.2 Kí hiệu và cấu tạo của Mosfet 20

3.3 Nguyên lý hoạt động 21

3.4 Ứng dụng của mofet 21

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 222 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG
1. Tổng quan
Trong quá trình làm việc, động cơ điện một chiều thường phải làm việc ở
nhiều chế độ khác nhau .Có thể là tốc độ của các chế độ khác nhau hay chiều quay
của động khác nhau . Chính vì vậy việc điều khiển động cơ một chiều là một yêu
cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất
Do đông cơ một chiều rất quan trọng trong cuộc sống và rất phổ biến trong
cuộc sống nên học kỳ này em được làm báo cáo ” Điều khiển đông cơ 1 chiều
bằng vi điều khiển’’. Có thể nói động cơ 1 chiều có vai trò rất lớn trong ngành
điều khiển tự động. Nó có thể được sử dụng trong các băng tải trong các nhà máy
hay đơn giản là dùng trong cửa tự động trong các siêu thị
Để điều khiển được động cơ một chiều hay nói cách khác là điều chỉnh động cơ
quay thuận ,quay ngược em sử dụng mạch cầu H để điều khiển.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là tạo ra một mô hình điều khiển cho động cơ 1 chiều, mô
hình điều khiển này có thể làm mô hình thí nghiệm cho các sinh viên nghiên cứu
để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp điều khiển
hoạt động cho động cơ. Đặc biệt là việc điều khiển cho động cơ 1 chiều sử dụng vi
điều khiển AT89C51.
3. Phương pháp nghiên cứu
 Đưa ra ý tưởng thiết kế (ứng dụng vi điều khiển).
 Thiết kế mạch phần cứng điều khiển: kết nối vi điều khiển, điều khiển hoạt
động của động cơ.



128 byte RAM


4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit


2 bộ định thời 16 bit


Mạch giao tiếp nối tiếp


Không gian nhớ chương trình ngoài 64K


Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K


Bộ xử lý bit


210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit


Nhân/chia trong 4µs

hoạt động điều khiển hoặc hoạt động như một đường địa chỉ/dữ liệu của bus địa
chỉ/dữ liệu đa hợp.

 PORT 0:
Port 0 (các chân từ 32-39) được ký hiệu là P0.0 - P0.7 có hai công dụng.
Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, Port 0 được sử dụng làm
nhiệm vụ xuất nhập. Tuy nhiên, khi dùng chức năng này thì Port 0 phải dùng
thêm các điện trở kéo lên (pull-up), giá trị của điện trở phụ thuộc vào thành
phần kết nối với Port. Khi dùng làm ngõ ra, Port 0 có thể kéo được 8 ngõ TTL.
Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó.
Với các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành bus địa chỉ và
bus dữ liệu đa hợp ( byte địa chỉ thấp ). 6  PORT 1:
Port 1 (các chân từ 1-8) chỉ có công dụng là xuất/nhập được ký hiệu từ
P1.0 đến P1.7 và dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngoài. Với chip 8052 ta có
thể sử dụng P1.0 và P1.1 hoặc làm các đường xuất/nhập hoặc làm các ngõ vào
cho mạch định thời thứ ba.
Tại Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài. Port
1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được
set mức logic 1 trước đó.
 PORT 2:
Port 2 (các chân từ 21-28) được ký hiệu là P2.0-P2.7 có hai công dụng, 7  /PSEN:
Chân cho phép bộ nhớ chương trình /PSEN (Program store enable) là tín
hiệu xuất trên chân 29. Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ
chương trình ngoài. Chân này thường nối với chân cho phép xuất /OE ( Output
enable ) của EPROM hoặc ROM để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu /PSEN
ở mức logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các mã nhị phân của chương
trình hay Opcode được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh
ghi lệnh IR của 8051 để được giải mã. Khi thực thi một chương trình chứa ở
ROM nội, chân /PSEN được duy trì ở mức logic không tích cực ( logic 1).
 ALE:
Ngõ xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE ( address latch enable ) dùng
để giải đa hợp ( demultiplexing ) bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi port 0 được sử
dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte
thấp của địa chỉ 16 bit) vào một thanh ghi ngoài trong suốt ½ đầu của chu kỳ bộ
nhớ ( memory cycle ). Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của port 0 sẽ
xuất/nhập dữ liệu hợp hệ trong suốt ½ thứ hai của chu kỳ bộ nhớ. Tín hiệu ALE
có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển.
 /EA:
Ngõ vào /EA có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0).Nếu
chân này nối lên 5V chip 8051 thực thi chương trình trong ROM nội. Nếu chân
này được nối với GND (và chân /PSEN cũng ở logic 0) thì chương trình cần được
thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài.
 RESET (RST):

Hình 4. Tổ chức bộ nhớ

Vùng RAM đa mục đích:
Vùng RAM đa mục đích có 80 byte đặt ở địa chỉ từ 30H-7FH. Bất kỳ vị trí
nhớ nào trong vùng RAM đa mục đích đều có thể được truy xuất tự do bằng cách
sử dụng các kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
Ex: MOV A,5FH
MOV R0,5FH
MOV A,@R0

9
hình 5. Sơ đồ phân bố RAM và các thanh ghi chức năng đặc biệt
Vùng RAM định địa chỉ bit:
8051 có 210 vị trí bit được định địa chỉ trong đó 128 bit chứa trong các byte
ở địa chỉ từ 20H-2FH và phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc
biệt.
Các dãy thanh ghi:
32 vị trí thấp nhất của bộ nhớ nội chứa các dãy thanh ghi. Các lệnh của
8051 hỗ trợ 8 thanh ghi từ R0-R7 thuộc dãy 0 (bank 0). Đây là dãy mặc định sau
khi reset hệ thống. Các thanh ghi này ở các địa chỉ từ 00H-
07H.

PSW.3 RS0 D3H Chọn dãy thanh ghi ( bit 0 )
00 = bank 0 địa chỉ từ 00H – 07H
01 = bank 1 địa chỉ từ 08H – 0FH
10 = bank 2 địa chỉ từ 10H – 17H
11 = bank 3 địa chỉ từ 18H – 1FH
PSW.2 OV D2H Cờ tràn
PSW.1 - D1H Dự trữ
PSW.0 P D0H Cờ kiểm tra chẵn lẻ
11 1.4.2 Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng chung với thanh chứa A trong các
phép toán nhân (MUL), chia (DIV). Các bit của thanh ghi B được định địa chỉ từ
F0H-F7H.
1.4.3 Con trỏ Stack:
Con trỏ Stack SP (stack pointer) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. SP
chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh của Stack. Các lệnh liên quan đến Stack
bao gồm lệnh cất dữ liệu vào Stack (PUSH) và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi Stack
(POP). Việc cất dữ liệu vào Satck làm tăng thanh ghi SP trước khi ghi dữ liệu và
việc lấy dữ liệu ra Stack sẽ làm giảm thanh ghi SP. Nếu ta không khởi động SP,
nội dung mặc định của thanh ghi này là 07H. Các lệnh PUSH và POP sẽ cất dữ
liệu vào stack và lấy dữ liệu từ stack, các lệnh gọi chương trình con (ACALL,
LCALL) và lệnh trở về (RET, RETI) cũng cất và phục hồi nội dung của bộ đếm
liệu để truyền và việc đọc SBUF sẽ lấy dữ liệu đã nhận được. Các chế độ hoạt
động khác nhau được lập trình thông qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp
SCON (serial port control register) ở địa chỉ 98H.
1.4.8 Các thanh ghi ngắt:
8051 có một cấu trúc ngắt với hai mức ưu tiên và năm nguyên nhân ngắt.
Các ngắt bị vô hiệu hóa sau khi reset hệ thống và sau đó được cho phép ngắt bằng
cách ghi vào thanh ghi cho phép ngắt IE (interrupt enable register) ở địa chỉ A8H.
Mức ưu tiên ngắt được thiết lập qua thanh ghi ưu tiên ngắt IP (interrupt priority
register) ở địa chỉ B8H. Cả hai thanh ghi này đều được định địa chỉ từng bit.
1.5 Các cải tiến của 8052:
Các vi mạch 8052 ( và các phiên bản CMOS ) có hai cải tiến so với 8051.
Một là có thêm 128 byte RAM trên chip từ địa chỉ 80H-FFH. Điều này không
xung đột với các thanh ghi chức năng đặc biệt (có cùng địa chỉ) vì 128 byte Ram
thêm vào chỉ có thể truy xuất bằng cách dùng kiểu định địa chỉ gián tiếp.
Ex: MOV A,#100
MOV R0,#0F0H ( Trùng với địa chỉ của thanh ghi B )
MOV A,@R0
Cải tiến thứ hai là có thêm bộ định thời 16 bit Timer 2
1.6 Hoạt động Reset:
8051 được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao tối thiểu 2 chu kỳ máy
và sau đó chuyển về mức thấp. RST có thể được tác động tay hoặc đựơc tác động
khi cấp nguồn bằng cách dùng một mạch RC.
Bảng 3. Trạng thái của các thanh ghi sau khi reset

Thanh ghi Nội dung
Bộ đếm chương trình 0000H
Thanh chứa A 00H
Thanh ghi B 00H

thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng.
Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó
có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động quay
của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ cổ góp
và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Đây cũng chính là nhược điểm chính của
động cơ điện một chiều : cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và
nguy hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kèm
theo hoặc bộ chỉnh lưu.
Cấu tạo:
Gồm hai phần: - phần đứng yên (gọi là phần tĩnh ) .
- phần chuyển động (gọi là phần quay ).
14 2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Hình 6- Động cơ một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (stato)
và phần động (roto).
2.2.1 Phần tĩnh ( stato ).
Stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường . Gồm
có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ ( nếu động cơ được kích từ
bằng nam châm điện ).
 Mạch từ được làm bằng sắt từ ( thép đúc, thép đặc ).

Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện . Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi . Trong trường hợp này nắp máy thường làm
bằng gang.
- Cơ cấu chổi than : để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu chổi
than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp
. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá . Giá chổi
than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ . Sau khi điều
chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
2.2.2 Phần quay ( roto ).
Là phần sinh ra suất điện động . Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt
từ ( lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có xẻ rãnh đẻ lồng dây quấn
phần ứng (làm bằng dây điện từ ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối vơi nhau theo một qui luật nhất
định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các
phiến đồng gọi là phiến góp .
Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là
cổ góp hay vành góp.

16 Tùy trên cổ góp là cặp chổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào
thành cổ góp nhờ lò xo.
a. Lõi sắt phần ứng
Dùng để dẫn từ . Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ

17  Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ
góp của phần ứng .
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có
điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm
rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không
thay đổi.
Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E
ư
chiều
của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiều
suất điện động E
ư
ngược chiều dòng điện I
ư
nên E
ư
được gọi là sức phản điện động
phần ứng.
Phương trình cân bằng điện áp :
U = E
ư
+ R

Trục
Cổ góp
Mạch roto

18 Có hai loại đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

M – momen(Nm)
Hình 8- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
2.5 Phân loại
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều
người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách
ta có các loại động cơ điện loại:
Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :
 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
 Động cơ điện một chiều kích từ song song.
 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .
 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp .
2.5.1. Kích thích độc lập
Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :
I = I
ư
( A )


b) Đặc tính cơ nhân t
ạo 19 2.5.2. Kích thích song song
Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi, mạch
kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên :
I = I
ư
+I
t
( A )
2.5.3. Kích thích nối tiếp
Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện
lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có :
I = I
ư
=I
t
( A )
2.5.4. Kích thích hỗn hợp
Ta có: I = I
ư
+I

3.2.2 Cấu tạo của Mosfet.

Hình 11- Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
 G : Gate gọi là cực cổng
 S : Source gọi là cực nguồn
 D : Drain gọi là cực máng

21  Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N,
giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO
2
hai miếng bán dẫn P được
nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở
trên sau đó được dấu ra thành cực G.
 Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là
vô cùng lớn, còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp
chênh lệch giữa cực G và cực S (U
GS
) .
 Khi điện áp U
GS
= 0 thì điện trở R
DS
rất lớn, khi điện áp U
GS

Mosfet có khả năng đóng cắt nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó
được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường vì do đóng cắt nhanh
làm dòng điện biến thiên. Nó thường được thấy trong các bộ nguồn xung và các
mạch điều khiển điện áp cao. 22 CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH
1. Thiết kế
1.1 Thiết kế mạch cầu H
Có nhiều phương pháp đảo chiều động cơ điện một chiều,ở đây em sử dụng
phương pháp dùng mạch cầu H để đảo chiều động cơ. Ở đây em sử dụng transistor
và mosfet để đảo chiều động cơ.
MOSFET là viết tắt của cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect-
Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn. Hình -
12 mô tả cấu tạo của MOSFET kênh n và ký hiệu của 2 loại MOSFET kênh n và
kênh p.

Hình 12-mosfet


Hình 13- Dùng MOSFET kênh N điều khiển motor DC.
Ban đầu MOSFET không được kích, không có dòng điện trong mạch, điện áp
chân S bằng 0. Khi MOSFET được kích và dẫn, điện trở dẫn DS rất nhỏ so với trở
kháng của motor nên điện áp chân S gần bằng điện áp nguồn là 12V. Do yêu cầu
của MOSFET, để kích dẫn MOSFET thì điện áp kích chân G phải lớn hơn chân S
ít nhất 3V, nghĩa là ít nhất 15V trong khi chúng ta dùng vi điều khiển để kích
MOSFET, rất khó tạo ra điện áp 15V. Như thế MOSFET kênh N không phù hợp
để làm các khóa phía trên trong mạch cầu H (ít nhất là theo cách giải thích trên).
MOSFET loại P thường được dùng trong trường hợp này. Tuy nhiên, một nhược
điểm của MOSFET kênh P là điện trở dẫn DS của nó lớn hơn MOSFET loại N. Vì
thế, dù được thiết kế tốt, MOSFET kênh P trong các mạch cầu H dùng 2 loại
MOSFET thường bị nóng và dễ hỏng hơn MOSFET loại N, công suất mạch cũng

24 bị giảm phần nào. Hình 14 thể hiện một mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET tương
đồng.

Hình 14. Mạch cầu H dùng MOSFET.
Ta dùng 2 MOSFET kênh N của IRF540 và 2 kênh P của IRF9540 của hãng
International Rectifier làm các khóa cho mạch cầu H. Các MOSFET loại này chịu
dòng khá cao (có thể đến 30A, danh nghĩa) và điện áp cao nhưng có nhược điểm là
điện trở dẫn tương đối cao. Phần kích cho các MOSFET kênh N bên dưới thì
không quá khó, chỉ cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp .
1.2 Nguyên lý hoạt đông của mạch cầu H dùng MOSFET