HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

ĐỒ ÁN XỬ LÝ TIN
Đề tài:

Tổ chức hệ thống điều khiển động cơ bước, có phối ghép bàn phím và
LCD. Các chế độ chạy, dừng, đảo chiều quay, thay đổi tốc độ được điều khiển
và hiển thị qua bàn phím và LCD.
Giáo viên hướng dẫn:Trịnh Mạnh Tuyên
Nguyễn Văn Xuân
Vũ Đức Trường
Sinh viên thực hiện: Tô Thị Hà
Nguyễn Duy Nhất
Đặng Thị Tuyết Nhung
Vũ Văn Sự
Nguyễn Huy Thoan
Nguyễn Văn Xuân
Hà Nội,02/10/2010
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển của đất nước, Tự động hoá đóng vai trò rất quan trọng
trong sự phát triển đó.Có rất nhiều phương án có thể chọn lựa để thiết kế hệ thống
tự động, Ngày nay, song song với các loại PLC-Programmable Logic Controller,
được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực thiết kế hệ thống, thì vi điều khiển
cũng được sử dụng rất phổ biến, đặc biết là trong những ứng dụng có quy mô vừa
và nhỏ bởi sự cạnh tranh giá thành của nó.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài đưa ra, chúng em đã lựa chọn vi điều
khiển ATMEL 89S52 để thực hiện yêu cầu đề tài. Ngôn ngữ lập trình được sử
dụng là ngôn ngữ lập trình C, thuận tiện cho người viết, ứng dụng môn học vào
thực tế.

việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các
thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra khá phức tạp,
chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế.
Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các
hệ thống nhỏ.

Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một
số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là
Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của
vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều. Vi
điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững
một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành
cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp
với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho
người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới
hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị
giới hạn). Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc
sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức
năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp.
Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot
có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v
Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip
tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48. Độ phức tạp, kích
thước và khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980
khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn
công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này. Sau đó rất nhiều họ Vi
điều khiển của nhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị trường với tính
năng được cải tiến ngày càng mạnh.
Điều thú vị là một số nhà sản xuất các bộ vi điều khiển đã đi xa hơn là tích
hợp cả một bộ chuyển đổi ADC và các ngoại vi khác vào trong bộ vi điều khiển.

Các chân vào ra
Cổng nối tiếp
Nguồn ngắt
4K byte
128byte
2
32
1
6
Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi
điều khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel
sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở
Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình
tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là
Nhóm 3
5
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
89C51,89C53,89C55. Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được
bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng.
Bảng 1
Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp
89C51 128 byte 4 Kbyte song song
89C52 128 byte 8 Kbyte song song
89C53 128 byte 12 Kbyte song song
89C55 128 byte 20 Kbyte song song
Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường
dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả
năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử
dụng.
Bảng 2

(Quad Flat Pakage) và dạng chíp không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier)
và đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/0, đọc , ghi , địa chỉ,
dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dụng chíp đóng vỏ
40 chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40
chân dạng DIP.
Khi gia công trên mạch, thường
không hàn vi điều khiển trực tiếp
lên mạch, mà thay vào đó là một đế
cắm 40 chân để khi cần thiết có thể
thay đổi vi điều khiển khác lên trên
mạch dễ dàng hơn.

Một loại đế cắm 40 chân
Hình dạng
AT89S52 thực tế

Sơ đồ chân tương ứng

Hình 2
2.1. Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển
Nguồn điện cấp là +5V±0.5.
2.2. Chân GND:Chân số 20 nối GND(hay nối Mass).
Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn
giản là sử dụng IC ổn áp 7805.
Nhóm 3
7
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
2.3. Port 0 (P0)
Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:
Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên

Nhóm 3
8
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
2.7. Chân RESET (RST)
Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu
cho vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở
mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy.
2.8.Chân XTAL1 và XTAL2
Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung
clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để
tạo nguồn xung clock ổn định.
2.9. Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN
PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy
xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE (output
enable) của ROM ngoài.
Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra
tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy
Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic
không tích cực (logic 1)
(Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)
2.10. Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)
Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là
bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và
địa chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các
đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều
khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho
các phần khác của hệ thống.
Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này
2.11. Chân EA

hoặc do người sử dụng muốn quay về
trạng thái hoạt động ban đầu. Vì vậy
chân RESET được kết nối như hình
bên.
Với Vi điều khiển sử dụng thạch
anh có tần số f
zat
= 12MHz sử dụng
C=10µF và R=10KΩ.
Hình 4
c/ Kết nối các Port
Các Port khi xuất tín hiệu ở mức logic 1 thường không đạt đến 5V mà dao động
trong khoảng từ 3.5V đến 4.9V và dòng xuất ra rất nhỏ dưới 5mA(P0,P2 dòng
xuất khoảng 1mA; P1,P3 dòng xuất ra khoảng 1mA đến 5mA) vì vậy dòng xuất
này không đủ để có thể làm led sáng
Tuy nhiên khi các Port xuất tín hiệu ở mức logic 0 dòng điện cho phép đi qua
lớn hơn rất nhiều:
Chân Vi điều khiển khi ở mức 0:
Dòng lớn nhất qua P0 : -25mA
Dòng lớn nhất qua P1,P2,P3 : -15mA
Để khắc phục, có thể sử dụng cổng đệm có tác dụng thay đổi cường độ dòng điện
xuất ra khi ngõ ra ở mức 1, cổng đệm xuất ra tín hiệu ở mức 1 với áp và dòng lớn
khi có tín hiệu mức 1 đặt ở ngõ vào, trở treo hoặc điều khiển bằng mức 0.
1.5. Mạch nạp và chương trình nạp
a/ Mạch nạp
Dưới đây là 1 mẫu mạch nạp qua cổng USB , hỗ trợ hầu hết các chip
MCS-15 của Atmel
Nhóm 3
11
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button

Các loại động cơ bước gồm
• Động cơ biến từ trở
• Động cơ đơn cực
• Động cơ hai cực
• Động cơ nhiều pha
2.2. Động cơ biến từ trở
Nhóm 3
14
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Hình 3
Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 3, với
một đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ
trở. Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn
và các cuộn được kích theo thứ tự liên tục. Dấu thập trong hình 3 là rotor của động
cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước. Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator
có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cực đối diện. Khi cuộn 1 được kích điện, răng
X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua
cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2.
Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luân
phiên cho 3 cuộn. Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có nghĩa là có dòng
điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim
đồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:
Cuộn 1 1001001001001001001001001
Nhóm 3
15
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Cuộn 2 0100100100100100100100100
Cuộn 3 0010010010010010010010010
thời gian >>
Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra

độ đến 1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ.
Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a
tạo ra cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu
điện ở mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay
động cơ một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ
theo dãy.
Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001
Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110
Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100
Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011
thời gian >> thời gian >>
Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc. Cả hai
dãy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời
điểm. Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong
hình trên; vì vậy, nó dùng ít năng lượng hơn. Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho
cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bên
trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần.
Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2
chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần
lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau:
Mấu 1a 11000001110000011100000111
Mấu 1b 00011100000111000001110000
Mấu 2a 01110000011100000111000001
Mấu 2b 00000111000001110000011100
Thời gian >>
2.4 .Động cơ lưỡng cực(Động cơ dùng trong đề tài)
Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y
như động cơ đơn cực,nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn,
Nhóm 3
17

dưới đây sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên:
Nhóm 3
18
Enable 1 1010101010101010 1111111111111111
Hướng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100
Enable 2 0101010101010101 1111111111111111
Hướng 2 x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110
thời gian ‐‐>
Để phân biệt một động cơ nam châm vĩnh cửu hai cực với những động cơ 4 dây
biến từ trở, đo điện trở giữa các cặp dây. Chú ý là một vài động cơ nam châm
vĩnh cửu có 4 mấu độc lập, được xếp thành 2 bộ. Trong mỗi bộ, nếu hai mấu
được nối tiếp với nhau, thì đó là động cơ hai cực điện thế cao. Nếu chúng được
nối song song, thì đó là động cơ hai cực dùng điện thế thấp. Nếu chúng được nối
tiếp với một đầu trung tâm, thì dùng như với động cơ đơn cực điên thế thấp.
2.5. Động cơ nhiều pha

Một bộ phận các động không được phổ biến như những loại trên đó là động cơ nam
châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín như hình 1.4.
Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 3 pha và 5 pha. Bộ điều khiển
cần ½ cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, nhưng những động cơ này có thể cung
cấp moment xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác cùng kích thước. Một vài
động cơ 5 pha có thể xử lý cấp cao để có được bước 0.72 độ (500 bước mỗi vòng).
Với một động cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước mỗi vòng bước, như trình bày dưới
đây:
Ở đây, giống như trong trường hợp động cơ hai cực, mỗi đầu hoặc được nối vào
cực dương hoặc cực âm của hệ thống cấp điện động cơ. Chú ý rằng, tại mỗi bước,
chỉ có một đầu thay đổi cực. Sự thay đổi này làm ngắt điện ở một mấu nối vào
đầu đó (bởi vì cả hai đầu của mấu có cùng điện cực) và áp điện vào một mấu
đang trong trạng thái nghỉ trước đó. Hình dạng của động cơ được đề nghị như
hình 1.4, dãy điều khiển sẽ điều khiển động cơ quay 2 vòng.

-V
CC
, V
SS
, và V
EE
V
CC
và V
SS
là chân nguồn +5V và chân đất, còn V
EE
được dùng để điều khiển độ tương
phản của của LCD.
RS (Register Select)- Chọn thanh ghi
Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD. Chân RS được dùng để chọn các thanh
ghi này. Nếu RS=0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn, cho phép người dùng gửi một
lệnh chẳng hạn như xóa màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng, v.v.
Nếu RS=1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn và cho phép người dùng gửi dữ liệu cần
hiển thị lên LCD.
- R/W (Read/Write) – Chân đọc/ghi
Chân này được dùng để điều khiển việc đọc và ghi đối với LCD. R/W=0 thì được phép
đọc thông tin từ LCD, RW=1 thì được phép ghi thông tin lên LCD.
Chân Ký hiệu I/O Mô tả
1 VSS - Đất
2 VCC - Dương nguồn +5V
3 VEE - Nguồn điều khiển tương phản
4 RS I RS=0, chọn thanh ghi lệnh
RS=1, chọn thanh ghi dữ liệu
5 R/W I R/W=1 đọc dữ liệu.

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VSS
VDD
V0
RS
R/W
E
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
VLED
VLSS

80 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất
C0 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ hai
38 Hai dòng và ma trận 5x7
Hình 4:Bảng mã lệnh LCD
Hình 5: Chân
LCD
3.2. L293D- H bridge

Ngày nay, với những ứng dụng nhỏ, người ta thường hay sử dụng ULN
2003(2803) để kích dòng cho động cơ. Nhưng ULN 2003 có nhựơc điểm là chi sử
dụng được cho những động cơ có dòng nhỏ hơn 500mA. Với những động cơ loại lớn
hơn,ULN 2003 toả nhiệt rất nhiều, và không hoạt động trong thời gian dài đựơc. Với lý
do này, chúng em đã chọn sử dụng L293D để kích dòng cho động cơ bước lưỡng cực.
-L293D là mạch cầu H đôi để điều khiển động cơ.
-Chịu dòng trung bình 600mA và chịu tải 1,2A
-Tích hợp sẵn diode bảo vệ
-Điện áp làm việc từ 14,5V- 36V