TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN _ ĐIỆNTỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG
SVTH : LÊ PHƯỚC THÀNH
MSSV : 49600822

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điều khiển tự động đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được. Dưới
sự xuất hiện của các học thuyết và các ứng dụng cụ thể trong đời sống hàng ngày, có thể
nói điều khiển tự động đang chi phối dần cuộc sống của chúng ta, mang lại sự tiện nghi và
thoải mái cho chúng ta.
Điều khiển nhiệt độ chỉ là một lónh vực nhỏ bé trong điều khiển tự động, và cũng
đã có nhiều công trình có hiệu quả cao như các lò nung trong công nghiệp, các lò nướng
dân dụng, … đòi hỏi phải điều khiển sao cho nhiệt độ bằng hoặc xấp xỉ nhiệt độ đặt để đáp
ứng các điều kiện mà nhu cầu sản xuất đặt ra.
Đồ án này ra đời chỉ nhằm mục đích tìm hiểu và đưa ra một giải pháp mà có thể
dễ dàng ứng dụng được với giá thành rẻ, dễ thi công, và hiệu quả tạm chấp nhận được.
Phương pháp thiết kế, thi công có thể là chưa tối ưu nhưng nó thể hiện một cố gắng của
người thực hiện trong điều kiện bò hạn chế về nhiều mặt : kiến thức, tài liệu tham khảo, tiền
bạc và thời gian.
Có nhiều người hỏi em rằng điều khiển nhiệt độ đã có nhiều người làm mà tại sao
bạn vẫn làm ?, chỉ là một sự lặp lại của những người đi trước mà thôi!. Tuy nhiên, em
không cho là như thế. Mỗi người khi làm một cái gì đó thì họ sẽ vướng phải một số khúc
mắc và khó khăn trong quá trình thực hiện, bắt buộc họ phải vượt qua dựa trên chính khả
năng của mình. Dần dần họ tích lũy được một khối lượng kiến thức cho riêng họ, thật sự là
của riêng họ. Em có một lợi thế là có thể tham khảo những gì của những người đi trước đã
làm, nhưng đó không phải là tất cả.
2

MỤC LỤC

3. Quá trình biến đổi AD 26
4. Lựa chọn các giá trò 27
5. Giao tiếp trực tiếp với ICL7109 28
IV. Chuẩn RS-232-C 28
V. MAXIM232 và h IC biến đổi TTL ⇔ RS-232 30
1. Cấu tạo chân 31
2. Sơ đồ khối 31
3. Mô tả chân 32
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BOARD MẠCH 33
I. Cấu trúc tổng quát 33
II. Khối xử lý trung tâm 33
III. Khối bộ nhớ và nguồn backup 36
IV. Khối cảm biến và gia công 37
V. Khối biến đổi AD 38
VI. Khối bàn phím 40
3

VII. Khối hiển thò 41
VIII. Khối giao tiếp với máy tính 41
IX. Khối công suất 42
X. Tổng quan 43
CHƯƠNG 4. CÁC CHƯƠNG TRINH CON PHỤC VỤ 44
I. Gán đòa chỉ 44
II. Truy xuất RAM 44
III. Đọc phím ấn 44
IV. Hiển thò LED 48
V. Xuất nhập qua cổng nối tiếp 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
4


Vùng trung hòa

II.ĐIỀU KHIỂN BA VỊ TRÍ :
Điều khiển ba vò trí là trường hợp đặc biệt của điều khiển hai vò trí. Trong đó đối
tượng điều khiển sẽ nằm trong trạng thái ổn đònh miễn là độ sai lệch vẫn còn nằm trong
vùng trung hòa. Một khi độ sai lệch vượt qua vùng trung hòa thì sẽ điều khiển đối tượng
thay đổi một lượng hằng có chiều phụ thuộc vào dấu của sai lệch. Khi đó đối tượng điều
khiển sẽ liên tục thay đổi cho đến khi độ sai lệch trở về vùng trung hòa, hoặc là cho đến
khi bộ điều khiển tiến đến một trong nhừng vò trí bão hòa của nó.
Hình 1.2 Mối quan hệ vào/ra của điều khiển ba vò trí
Điều khiển ba vò trí có khuynh hướng làm tạo ra chu kỳ điều khiển. Biên độ của chu
kỳ phụ thuộc vào thời gian trễ, độ quán tính, và tốc độ tăng giảm khi điều khiển. Tốc độ
này sẽ xác đònh độ thay đổi nhanh nhất của tải (không phải độ lớn của thay đổi). Ưu điểm
của bộ điều khiển ba vò trí chính là ở điểm này, nó sẽ xử lý độ thay đổi của tải bằng cách
điều chỉnh dần đối tượng mà nó điều khiển. Cũng như điều khiển hai vò trí, biên độ dao
động sẽ giảm khi tăng độ quán tính, giảm thời gian trễ, hoặc giảm tốc độ điều khiển đối
tượng. Từ đó ta thấy bộ điều khiển ba vò trí được dùng khi quá trình có quán tính đủ lớn để
làm giảm tần số điều khiển đến một mức có thể chấp nhận được. Điều này ngụ ý rằng hệ
có độ quán tính lớn với thời gian trễ nhỏ. Thực tế điều khiển ba vò trí thường được dùng
trong điều khiển động cơ điện.
III.ĐIỀU KHIỂN TỶ LỆ (P) :
Bộ điều khiển loại này tạo tín hiệu đầu ra tỷ lệ với độ sai lệch. Càng gia tăng độ tỷ
lệ (tức độ lợi) thì lượng sai số tạo ra sự thay đổi càng nhỏ. Điều này không có nghóa là độ
lợi càng cao thì càng tốt, bởi vì khi độ lợi càng cao thì khuynh hướng dao động của biến
điều khiển càng tăng. Khi đó cần có một sự dung hòa giữa chúng sao cho độ lợi lớn ở một
mức độ mà không tạo ra sự dao động.
6
0
- +
Sai lệch

bổ sung ưu điểm : triệt tiêu sai lệch tónh.
7
Sai lệch
Thời gian
0
Thời gian
Tín hiệu ra
0
100

Phương trình trong miền thời gian :
0
0
)(.)( ydtteKty
t
I
+=
∫
Hàm truyền :
s
K
sG
I
=
)(
V.ĐIỀU KHIỂN TÍCH PHÂN – TỶ LỆ (PI) :
Đây là sự kết hợp của bộ điều khiển tỷ lệ với bộ điều khiển tích phân nhằm triệt
tiêu sai lệch tỷ lệ như đã nói ở trên. Khi mà bộ điều khiển tỷ lệ tạo tín hiệu ra tỷ lệ với sai
lệch thì bộ điều khiển tích phân lại tạo tín hiệu ra tỷ lệ với tích phân của sai lệch. Do đặc
tính của bộ điều khiển tích phân, sai lệch tónh của hệ thống sẽ được loại trừ.

tích phân

Phương trình trong miền thời gian :
0
0
).(.)(.)( ydtteKteKty
t
IP
++=
∫
Hàm truyền :
G(s) =
s
K
K
I
P
+
VI.ĐIỀU KHIỂN VI PHÂN (D) :
Bộ điều khiển vi phân tạo tín hiệu ra dựa trên tốc độ thay đổi của sai lệch. Sự thay
đổi này có thể là do biến đo thay đổi, thay đổi điểm đặt, hay cả hai. Điều khiển vi phân
chống lại sai lệch bằng cách xem nó thay đổi nhanh như thế nào, và dùng tốc độ thay đổi
đó để tạo tín hiệu điều khiển nhằm làm giảm sai lệch.
Xét đáp ứng của bộ điều khiển vi phân đối với đầu vào hàm nấc và đầu vào hàm
dốc :
Hình 1.5 Đáp ứng hàm nấc và hàm dốc của bộ điều khiển vi phân lý tưởng
Trong mỗi khoảng thời gian, đầu ra của bộ điều khiển vi phân tỷ lệ với độ dốc (tốc
độ thay đổi) của tín hiệu sai lệch. Dựa trên đồ thò, ta thấy rằng bộ điều khiển vi phân lỳ
tưởng không bao giờ có trong thực tế. Khi hàm nấc xuất hiện, độ dốc của sai lệch là vô
cùng. Điều này dẫn đến đáp ứng của bộ điều khiển vi phân lý tưởng phải thay đổi với độ

VII.ĐIỀU KHIỂN VI PHÂN – TỶ LỆ :
Bộ điều khiển vi phân thường kết hợp với bộ điều khiển tỷ lệ nhằm làm giảm
khuynh hướng dao động và cho phép nâng cao độ lợi. Trong đó, bộ điều khiển tỷ lệ thay
đầu ra tỷ lệ với độ lớn của sai lệch, bộ điều khiển vi phân thay đổi đầu ra tỷ lệ với tốc độ
biến đổi của sai lệch – tức là bộ điều khiển vi phân tính trước giá trò tương lai của sai lệch
và thay đổi đầu ra tương ứng với sự tính toán đó. Điều này làm cho bộ điều khiển vi phân
tiện dụng trong quá trình điều khiển có tải thay đổi bất ngờ.
Phương trình trong miền thời gian :
ODP
y
dt
tde
KteKty
++=
)(
.)(.)(
Hàm truyền :
G(s) = K
P
+ K
D
.s
VIII.ĐIỀU KHIỂN VI PHÂN – TÍCH PHÂN – TỶ LỆ (PID) :
Bộ điều khiển PID bao gồm cả ba bộ điều khiển : vi phân, tích phân, tỷ lệ. Tức là
kết hợp tất cả ưu điểm của các bộ điều khiển kể trên : tích phân loại bỏ sai lệch tónh, vi
phân giảm khuynh hướng dao động và tính trước giá trò tương lai của sai lệch – đặc biệt
hữu dụng khi tải thay đổi bất ngờ.
Phương trình trong miền thời gian :
∫
+++=

F
: X  [0,1]
nh xạ µ
F
được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ F
b. Các phép toán trên tập mờ :
• Phép hợp : hợp của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là một tập mờ
A∪B cũng xác đònh trên tập nền X có hàm liên thuộc µ
A
∪
B
(x) thỏa :
_ µ
A
∪
B
(x) chỉ phụ thuộc µ
A
(x) và µ
B
(x).
_ µ
B
(x) = 0 với mọi x ⇒ µ
A
∪
B
(x) = µ
A
(x).

(x) ≤ µ
A2
∪
B
(x).
10

Có nhiều công thức thỏa mãn các tính chất trên như là :
_ µ
A
∪
B
(x) = max{µ
A
(x), µ
B
(x)} (luật lấy max).
_ µ
A
∪
B
(x) = min{1, µ
A
(x)+µ
B
(x)} (hợp Lukasiewicz).
_ µ
A
∪
B

(x) = µ
A
(x).
_ µ
A
∩
B
(x) = µ
B
∩
A
(x) (tính giao hoán).
_ µ
(A
∩
B)
∩
C
(x) = µ
A
∩
(B
∩
C)
(x) (tính kết hợp).
_ µ
A1
(x) ≤ µ
A2
(x) ⇒ µ

B
(x) = µ
A
(x).µ
B
(x).
• Phép bù : tập bù của tập mờ A đònh nghóa trên tập nền X là một tập mờ A
C
cũng xác đònh trên tập nền X với hàm liên thuộc thỏa
_ µ
A
c(x) chỉ phụ thuộc µ
A
(x).
_ µ
A
(x) = 1 ⇒ µ
A
c(x) = 0.
_ µ
A
(x) = 0 ⇒ µ
A
c(x) = 1.
_ µ
A
(x) ≤ µ
B
(x) ⇒ µ
A

R
2
: Nếu … thì …
…
x
0
µ
B’
y’

CHƯƠNG 2. CÁC VI MẠCH DÙNG TRONG THIẾT KẾ

I.VI ĐIỀU KHIỂN HỌ MCS-51 :
MCS-51 là một họ vi điều khiển do hãng INTEL sản xuất. Các IC tiêu biểu cho họ là
8051 và 8031. Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển. Việc
xử lí trên byte và các phép toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều
chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập lệnh cung cấp một bản tiện dụng của
những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia. Nó cung cấp những hỗ trợ mở
rộng on-chip dùng cho những biến 1 bit như là kiểu dữ liệu riêng cho phép quản lí và kiểm
tra bit trực tiếp trong điều khiển và những hệ thống logic đòi hỏi xử lí luận lí.
Sau đây là bảng so sánh các IC họ MCS-51 :
TÊN LINH
KIỆN
BỘ NHỚ CHƯƠNGù TRÌNH
ON CHIP
BỘ NHỚ DỮ LIỆU ON
CHIP
TIMER
8051 4 KB MROM 128 Bytes 2
8031 0 KB 128 Bytes 2

• Tương thích hoàn toàn với họ MCS-51 của Intel.
• Bộ nhớ chương trình 8K Byte thuộc loại Flash Memory.
• Độ bền : 1000 lần ghi/xóa.
• Tần số hoạt động : 0 Hz đến 24 MHz.
• 3 chế độ khóa bộ nhớ.
• 256 x 8-Bit RAM nội.
• 32 đường I/O lập trình được (4 port).
• 3 timer/counter 16-bit.
• 8 nguồn ngắt.
• Chế độ hạ nguồn và chế độ lười tiêu tốn công suất thấp.
1.Cấu tạo chân :
14

2.Sơ đồ khối :
3.Mô tả chức năng của các chân :
Vcc : áp nguồn.
GND : đất.
Port 0 : là một port I/O 8-bit hai chiều, cực máng hở. Khi xuất ra, mỗi chân port có
thể lái 8 đầu vào TTL. Nếu ghi các mức 1 ra các chân port thì các chân này có thể
dùng như các đầu vào trở kháng cao.
Port 0 cũng có thể được cấu hình thành một bus multiplex giữa đòa chỉ thấp và dữ
liệu khi truy cập chương trình hay dữ liệu từ bên ngoài. Trong chế độ này, port 0 có
điện trở pullup nội.
Port 0 cũng nhận các byte mã chương trình khi lập trình Flash và xuất ra mã chương
trình khi kiểm tra. Lúc này, cần có điện trở pullup bên ngoài.
15

Port 1 : là một port I/O 8-bit hai
chiều có pullup nội. Đầu ra port 1
có thể lái 4 đầu vào TTL. Khi viết

P3.7 RD B7H Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Port 3 cũng nhận vài tín hiệu điều khiển trong lúc lập trình Flash và trong lúc kiểm tra
Flash.
RST : là ngõ vào Reset. Khi ngõ này được đưa lên cao (trong ít nhất hai chu kì máy),
các thanh ghi bên trong AT89C51 được tải những giá trò thích hợp để khởi động hệ
thống.
ALE/PROG (Address Latch Enable) :

ALE là xung xuất cho phép chốt byte đòa chỉ thấp
khi truy cập bộ nhớ ngoài. Chân này còn là ngõ vào của xung lập trình (PROG) khi lập
trình Flash.
Trong hoạt động bình thường, ALE được phát xung với tần số 1/6 tần số dao động on-
chip và có thể được dùng như xung thời gian chuẩn bên ngoài. Tuy nhiên, cần chú ý là
một xung ALE sẽ bò mất khi truy cập bộ nhớ ngoài.
Chân Chức năng thay thế
P1.0 T2 (đầu vào đếm cho Timer/Counter 2)
P1.1 T2EX (xung kích capture/reload cho
Timer/Counter 2 và điều khiển trực tiếp.
16

Có thể hủy bỏ chức năng của ALE bằng cách set bit 0 của thanh ghi ở vò trí 8EH. Một
khi bit này được set, ALE chỉ tích cực khi có lệnh MOVX hoặc MOVC. Nếu không có các
lệnh này thì ALE ở mức cao. Việc set bit 0 của thanh ghi ở vò trí 8EH không làm ảnh
hưởng đến vi điều khiển khi truy cập bộ nhớ ngoài.
PSEN (Program Store Enable) : PSEN là xung strobe báo hiệu việc đọc bộ nhớ chương
trình ngoài, PSEN tích cực hai lần (mức thấp) mỗi chu kì máy, ngoại trừ hai xung PSEN
bò mất khi truy xuất dữ liệu ngoài. Khi thi hành chương trình trong RAM nội, PSEN sẽ ở
mức thụ động (mức cao).
EA/V
PP

lên/xuống (DCEN = 1).
RCLK Kích hoạt xung clock bộ thu. Khi set, các xung tràn Timer 2 sẽ là xung clock cho bộ thu
port nối tiếp trong mode 1 và 3. RCLK = 0 thì bộ thu port nối tiếp sẽ dùng các xung
tràn của Timer 1.
TCLK Kích hoạt xung clock bộ phát. Khi set, các xung tràn Timer 2 sẽ là xung clock cho bộ
phát port nối tiếp trong mode 1 và 3. TCLK = 0 thì bộ phát port nối tiếp sẽ dùng các
xung tràn của Timer 1.
EXEN2 Kích hoạt bên ngoài. Khi set, cho phép capture hay reload khi T2EX xuống thấp (nếu
Timer 2 không sử dụng cho port nối tiếp). EXEN2 = 0 làm cho Timer 2 bỏ qua các sự
kiện trên T2EX.
TR2 Khởi động/Dừng Timer 2. TR2 = 1 làm khởi động Timer 2.
C/T2 Bit lựa chọn timer hay counter. C/T2 = 0 : timer. C/T2 = 1 : counter đếm sự kiện bên
ngoài (kích cạnh xuống).
CP/RL2 Lựa chọn capture hay reload. CP/RL2 = 1: capture xảy ra khi T2EX xuống thấp nếu
EXEN2 = 1. CP/RL2 = 0 : reload xảy ra khi Timer 2 tràn hoặc khi T2EX xuống thấp
nếu EXEN2 = 1. Nếu TCLK hay RCLK = 1, bit này bò bỏ qua và timer bò ép vào chế độ
reload khi Timer 2 tràn.
Các thanh ghi ngắt tập các bit riêng lẻ cho phép ngắt chứa trong thanh ghi IE. Thiết lập hai
mức ưu tiên cho 6 nguồn ngắt bằng cách set các bit thanh ghi IP.
5.Bộ nhớ dữ liệu :
AT89C52 có 256 byte bộ nhớ RAM on-chip. Trong đó, 128 byte trên có cùng đòa chỉ với vùng thanh ghi
chức năng nhưng có cấu tạo vật lý riêng biệt.
Khi một lệnh truy cập một vò trí nội có đòa chỉ trên 7FH, chế độ đòa chỉ nó sử dụng sẽ báo cho CPU biết
vùng đòa chỉ nào nó cần truy cập : RAM hay SFR. Các lệnh dùng đòa chỉ trực tiếp sẽ truy cập vùng SFR. Ví dụ như lệnh
sau đây sẽ truy cập SFR ở đòa chỉ 0A0H (port 2)
MOV 0A0H,#data
Lệnh dùng đòa chỉ gián tiếp sẽ truy cập 128 byte trên của RAM. Ví dụ như cũng truy cập đòa chỉ 0A0H
nhưng gián tiếp thông qua R0.
MOV R0,#0A0H
MOV @R0,#data

được thực thi. RAM on-chip và SFR duy trì giá trò của nó cho đến khi kết thúc chế độ hạ
nguồn. Kết thúc chế độ hạ nguồn chỉ bằng một cách duy nhất : reset phần cứng. Reset sẽ
tạo lại giá trò cho SFR nhưng không thay đổi nội dung của RAM on-chip. Không nên reset
trước khi Vcc phục hồi mức điện áp thông thường của nó và phải giữ đủ lâu để bộ dao
động phục hồi và ổn đònh.
9.Trạng thái của một số chân trong chế độ lười và chế độ hạ nguồn :
10.Các thông số kỹ thuật :
20

21


22

23

Thông tin chi tiết hơn về các timer, các port, tập lệnh… có thể tham khảo ở The 8051
microcontroller - I. Scott MacKenzie - Prentice Hall hoặc có thể download về từ đòa chỉ

24

III.Bộ biến đổi AD ICL 7109 :
Tín hiệu trong thế giới thực thường ở dạng tương tự (analog), nên mạch điều khiển
thu thập dữ liệu từ đối tượng điều khiển về (thông qua các cảm biến) cũng ở dạng tương
tự. Trong khi đó, bộ điều khiển ngày nay thường là các µP, µC xử lý dữ liệu ở dạng số
(digital). Do đó, cần phải chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự thành tín hiệu ở dạng số
thông qua bộ biến đổi AD.
Có nhiều phương pháp biến đổi AD khác nhau, và do đó trên thò trường cũng có
nhiều loại IC biến đổi AD khác nhau (các phương pháp biến đổi cụ thể có thể tham khảo ở
Digital Systems : principles and applications - Ronald J. Tocci - Prentice Hall).

٦
٧
٨
٩
١٠
١١
١٢
١٣
١٤
١٥
١٦
١٧
١٨
١٩
٢٠ ٢١
٢٢
٢٣
٢٥
٢٦
٢٧
٢٨
٢٩
٣٠
٣١
٣٢
٣٣
٣٤
٣٥
٣٦
٣٧

REF OUT
BUF
AZ
INT
COMMON
IN LO
IN HI
REF IN+
REF CAP+
REF CAP-
REF IN-
V+
OSC SEL