Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

LỜI NÓI ĐẦU
Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử, mà đặc trưng là kỹ thuật vi
điều khiển đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tính
toán, điều khiển và xử lí thông tin. Ngày nay vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi
trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực tin học và tự động hóa.
Kỹ thuật vi điều khiển là một học phần quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư nói
chung, cũng như chuyên nghành cơ khí động lực nói riêng. Nhằm trang bị cho sinh viên
những kiến thức cơ bản về vi điều khiển làm nền tảng để phát triển rộng hơn sau này.
Đồ án vi điều khiển giúp cho sinh viên tổng hợp lại nhưng kiến thức đã được học trong
học phần lý thuyết. Để hoàn thành tốt đồ án này thì bắt buộc sinh viên phải nắm vững lý
thuyết và biết vận dụng vào trong thực tế, trong từng lĩnh vực cụ thể.
Làm mát động cơ trên ô tô là vấn để rất quan trọng vì liên quan trực tiếp đến vấn đề tiết
kiệm nhiên liệu, tuổi bền của động cơ…

Điều khiển tốc độ động cơ
quạt làm mát dựa vào tín hiệu
từ cảm biến nhiệt độ
Đề tài “

” là đề tài giúp sinh viên hiểu

được cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống quạt làm mát động cơ trên ô tô, cũng
như hiểu biết về các thiết bị điện, điện tử được sử dụng trong hệ thống mạch. Từ đó
giúp sinh viên có những kiến thức cần thiết về điều khiển tự động để làm việc sau này.
Trong suốt quá trình làm đồ án nhờ sự tận tình giúp đỡ của thầy và các bạn, nhóm
chúng em đã hoàn thành đồ án đúng tiến độ. Nhưng dù cố gắng rất nhiều thì trong quá
trình làm vẫn không thể tránh được những thiếu sót, nên mong thầy chỉ bảo để nhóm

I. Khái quát chung về vi điều khiển................................................................................4
I.1. Khái niệm..................................................................................................................4
I.2. Lịch sử phát triền một số loại vi xử lý.......................................................................4
II. Khảo sát quy trình công nghệ sản phẩm thiết kế........................................................5
III. Khảo sát linh kiện dùng trong vi mạch.....................................................................5
III.1. Vi điều khiển AT89C51...........................................................................................5
III.2. Tụ điện..................................................................................................................12
III.3. Điện trở................................................................................................................14
III.4. Rơle......................................................................................................................15
III.5. ADC 0804.............................................................................................................17
III.6. Động cơ DC.........................................................................................................20
III.7. Cảm biến nhiệt điện trở........................................................................................21
III.8. Transistor NPN...................................................................................................23
III.9. Tụ thạch anh.........................................................................................................26
IV. Thiết kế vi mạch điều khiển......................................................................................26
V. Lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển..........................................................27
V.1. Sơ đồ khối mạch.....................................................................................................27
V.2. Lưu đồ thuật toán...................................................................................................28
V.3. Chương trình điều khiển........................................................................................29

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 3


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

I.

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

là Intel-4004.

-

Sau đó các bộ vi xử lý mới liên tục được đưa ra thị trường , ngày càng được phát
triển và hoàn thiện hơn.

-

Năm 1972 ,hãng Intel đưa ra bộ vi xử lý 8 bit đầu tiên với tên gọi Intel-8008
nhưng chưa được ứng dụng nhiều.

-

Năm 1974, hãng Intel công bố bộ vi xử lý 8 bit 8080.

-

Năm 1975, Intel chế tạo bộ vi xử lý 8 bit 8085.

-

Năm 1978,Chip 8086.

-

Năm 1979,Chip 8088.

-


với công nghệ siêu phân luồng, siêu tiết kiệm điện năng.

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 4


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

II.

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

Khảo sát quy trình công nghệ sản phẩm thiết kế.

Quy trình công nghệ thiết kế mạch điều khiển động cơ làm mát dựa vào tín hiệu của
cảm biến nhiệt độ gồm hai phần:
-

Viết chương trình nạp vào chip bẳng phần mềm 8051IDE.

-

Thiết kế mạch sơ đồ nguyên lý và tiến hành mô phỏng.

III.

Khảo sát linh kiện dùng trong vi mạch.

III.1.

Sơ đồ chân của vi điều khiển.

Sơ đồ các chân ra của AT89C51
AT89C51 có tất cả 40 chân với các chức năng sau.
a. Chân nguồn
-

Vcc(40) cung cấp điện 5V.

-

Chân nối đất GND(20) 0V.

b. Các cổng vào/ra.
 P0(32-39): Port 0 là port xuất nhập 8 bit hai chiều. Port 0 còn được cấu
hình làm bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp trong khí truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài
và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận các byte mã trong khí lập tình cho
Flah và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình.
 P1(1-8): Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều. Port 1 cũng nhận byte địa
chỉ thấp trong thời gian lập trình cho Flash.

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 6


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI



Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3

INT1

Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4

T0

Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1

P3.5

T1

Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1

P3.6

WR

Điều khiển ghi bộ dữ liệu ngoài

P3.7

RD

f.

Các chân XTAL1 và XTAL2.

Ngõ vào và ngõ ra của bộ dao động, được nối với mach dao động bên ngoài. Thường
dùng mạch thạch anh tần số 12Mhz.

g. Chân Reset: RST( Chân 9):
Dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống.
Để thực hiện Reset cần phải giữ ngõ vào RST ở mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy.

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 8


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

III.1.3.

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

Tổ chức bộ nhớ của vi điều khiển.

Bộ nhớ của AT89C51 bao gồm: Bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài.

Bộ nhớ trong của AT89C51 bao gồm RAM và ROM.
RAM bao gồm các vùng nhớ.
Các bank thanh ghi( Từ 00h đến 1Fh).
Vùng có thể định địa chỉ hòa từng bit(20h-2Fh).


Vùng RAM đa mục đích: gồm 80 byte có địa chỉ từ 30h-7Fh. Vùng nhớ này, có thể truy
suất mỗi lần 8 bit bằng cách dùng chế độ địa chỉ trực tiếp hay gián tiếp.
b. Các thanh ghi chức năng đặc biệt.
1. Thanh ghi tích lũy( A hay Acc)
Là thanh ghi quan trọng của vi điều khiển. Có chức năng lưu trữ dữ liệu khi this toán,.
Thanh ghi tích lũy có thể truy xuất từng bit thông qua địa chỉ E0h hay truy xuất từng bit
thông qua địa chỉ bit từ E0h đến E7h.
2. Thanh ghi B.
Dùng để cho các phép toàn nhân,, chia. Có thể dùng như một thanh ghi tạm chứa các
kết quả trung gian.
3. Thanh ghi con trỏ Stack(SP).
SP là một thanh ghi 8bit, có địa chỉ 81h. Được sử dụng để truy cập bộ nhớ ngăn xếp. SP
chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh của ngăn xếp.
Ngăn xếp là một vùng bộ nhớ RAM được CPUsuwr dụng để lưu thông tin tạm thời.
Thông tin này có thể là dữ liệu có thể là địa chỉ.
4. Thanh ghi con trỏ dữ liệu(DPTR).
SP là một thanh ghi 16 bit, có địa chỉ 82h và 83h. Được sử dụng để truy xuất bộ nhớ
chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
5. Các thanh ghi định thời.
Dùng để định các khoảng thời gian hoặc đếm các sự kiện.
AT89C51 có 2 thanh ghi định thời 16bit.
Timer 0: TL0(8Ah) và TH0(8Ch).
Timer 1:TL1(8Bh) và TH1(8Dh).
Hoạt động của bộ định thời được thiết lâp bởi các thanh ghi:
TMOD: Thanh ghi chế độ định thời có địa chỉ 89h.
TCON: Thanh ghi có địa chi 88h, thanh ghi diền khiển định thời.
6. Các thanh ghi của Port nối tiếp.
Các thanh ghi Port nối tiếp dùng để truyển ghông với các thiết bị nối tiếp như: Moderm,
vi điều khiển…

Mô tả Bit

PSW.7

CY

D7h

Cờ nhớ

PSW.6

AC

D6h

Cờ nhớ phụ

PSW.5

F0

D5h

Cờ 0

PSW.4

RS0


P

D0h

Cờ kiểm tra chẳn lẻ

III.2.
III.2.1.

Tụ điện.
Cấu tạo.

Cấu tạo của tụ gồm hai phiến dẫn điện có dây dẫn ra. Ở giữa hai phiến là chất cách
điện (điện môi) , toàn bộ được đặt trong vỏ bảo vệ. Tụ có các loại khác nhau: tụ giấy ,
tụ nica , tụ gốm , tụ hóa …

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 12


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

III.2.2.

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

Những thông số cơ bản của tụ điện.

III.2.2.1. Điện dung của tụ điện.

-

Loại phân cực có cực tính xác định khi làm việc và có thể bị hỏng nếu nối ngược
cực.

III.3.
III.3.1.

Điện trở.
Định nghĩa.

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể
dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với
cường độ dòng điện đi qua nó:

Trong đó:
U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng Volt (V).
I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng Ampe (A).
R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm(Ω)
III.3.2.

Phân loại điện trở.

Điện trở có các loại cơ bản: Điện trở không phải dây quấn và điện trở dây quấn , điện
trở nhiệt …
III.3.2.1. Điện trở không phải dây quấn.
Điện trở thường làm bằng hỗn hợp than hoặc kim loại trộn với chất kết dính rồi đem
ép lại , vỏ được phủ lớp sơn than hay hỗn hợp kim loại trên một lõi sứ. Hai đầu có
dây ra.
III.3.2.2. Điện trở dây quấn.


III.3.3.2. Ghi nhãn.
- Điện trở ghi bằng số:
Giá trị ghi bằng số , sai số đựơc ghi bằng % hoặc kí hiệu: M= 5% ; J =15% ; P =20%.
Ngoài ra các kí hiệu công suất , hãng sản xuất… có hoặc không được ghi.
Ví dụ:
-Điện trở ghi bằng vòng màu.
Qui ước giá trị các màu:

• Cách đọc: Đọc bắt đầu vòng màu sát chân điện trở ( không phải vòng màu nhũ).
III.4.
III.4.1.

Rơle.
Định nghĩa.

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu
đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện
điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 15


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

III.4.2.

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI


SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 16


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

 Một số chú ý khi sử dụng rơle.
- Rơle chỉ hoạt động với điện áp 12V. Nếu bị sụt áp rơle sẽ hút rất yếu hoặc
không hút.
- Các tiếp điểm của rơle rất nhỏ cho nên tránh hoạt động với dòng lớn (~10A) để
không xảy ra phóng điện gây hàn dính các tiếp điểm lại làm hư rơle.
- Mỗi rơle có một đế đi theo. Dây nối trong rơle và đế thường rất nhỏ, khi mua
về chúng ta nên gỡ ra và thay bằng loại dây to, mềm, lõi nhiều sợi để rơle có thể
chịu được dòng cao hơn.
 Ứng dụng trong mạch điện.
Ta có thể ứng dụng Rơle để điều khiển dòng điện đi qua các điện trở để điều
khiển tốc độ quạt làm mát động cơ.
III.4.5.

III.5.
III.5.1.

Đặc tính vào ra của Rơ- le.

ADC 0804.
Định nghĩa ADC.

Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau:
-

CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức
thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập ADC0804
thì chân này phải ở mức thấp.

-

RD (Read): Chân số 2, là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các
bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một
thanh ghi trong. RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới
đầu ra của ADC0804.

Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống th ấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số
8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7)
-

WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng
để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi
WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình
chuyển đổi giá trị đầu v ào tương tự Vin về số nhị phân 8 bit. Khi việc
chuyển đổi ho àn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp.

-

CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ
ngo ài được sử dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng có một
bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN
và CLK R (chân s ố 19) được nối với một tụ điện v à một điện trở (như

vi sai, trong đó V in = Vin(+) ÷ Vin(-). Thông thường Vin(-) được nối tới
đất và Vin(+) được dùng làm đầu vào tưộng tự và sẽ được chuyển đổi
về dạng số.

Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm
điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở.

- Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham
chiếu. Nếu chân n ày hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm
trong dải 0 - +5V. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng m à đầu vào tương tự áp
đến V in khác với dải ( 0 ÷ +5)V. Chân Vref/2 được dùng để thực hiện
các điện áp đầu ra khác (0 ÷ + 5)V.

Bảng quan hệ điện áp V ref/2 với Vin
Vref/2
(V)

Vin (V) Kích thước bước
(mV)

Hở

0–5

5/256 = 19.53

2.0

0–4



Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

-

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

D0 - D7: D0 - D7, chân số 18 – 11, là các chân ra d ữ liệu số (D7 là bit cao
nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB). Các chân n ày được đệm ba trạngvà
dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 v à chân RD
đưa xu ống mức thấp. Để tính điện áp đầu ra ta tính theo công thức sau:
Dout =

III.6.
III.6.1.

Vin
kich thuoc buoc

Động cơ DC.
Định nghĩa:

Động cơ DC là là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
III.6.2.

Cấu tạo:

+ Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ.

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2


Cảm biến nhiệt điện trở là điện trở mà điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ.
R=ρ l

A
ρ = ρ o (1 + α T )

Trong đó:
l: chiều dài dây dẫn [m]
A: tiết diện dây dẫn [m2]
Ρ: điện trở suất [Ωm]
-

Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ gần như tuyến tính được biểu diễn theo
phương trình:
R = R 0 × 1 − a × ( T − T0 ) + b × ( T − T0 ) 

-

Ta có thể coi như đáp ứng này sẽ là tuyến tính trên một khoảng nhỏ nhiệt
độ,.Công thức này có thể được viết lại:
RT = R0 × ( 1 + α .∆T )

Trong đó:
a, b, α: hằng số phụ thuộc kim loại
RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K]
R0: điện trở tại nhiệt độ To[°K]
-

Ảnh hưởng của sự tự đốt nóng:

Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

III.7.2.

III.8.
III.8.1.

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

Cấu tạo.

Transistor NPN.
Định nghĩa.

Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại
hoặc một khóa điện tử. Transistorr là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở
SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 23


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính
xác nên các transistorr được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch
đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động.Transistorr cũng
thường được kết hợp thành mạch tích hợp (IC),có thể tích hợp tới một tỷ transistorr trên
một diện tích nhỏ.


Đồ Án KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: PHẠM QUỐC THÁI

Transistor được sử dụng nhiều trong việc Khuếch Đại (Amplification), Công
Tắc(Switch), hay điện dẫn (buffer) trong Điện Tử hay làm cổng số (Logic gate) trong
Điện tử số
Để Transistor hoạt động hay dẫn điện cần phải có một điện thế kích hoạt. Lối mắc của
Transistor với Điện trở cho ra chức năng hoạt động của Transistor.
Transistor là linh kiện điện tử chủ động, tức là cần nguồn cung cấp năng lượng để hoạt
động, cụ thể, cần phải phân cực cho transistor để nó hoạt động. Tùy theo mục đích mà
transistor được mắc nối với mạch điện các kiểu khác nhau để thực hiện những chức
năng sau:
Khóa điện tử.
Truyền dẫn điện.
Bộ khuếch đại.
Vùng hoạt động.
Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều vào vùng biên (junction).
Điện thế này gọi là điện thế kích hoạt (bias voltage)
Mỗi vùng trong transistor hoạt động như một diod. Vì mỗi transistor có hai vùng và có
thể kích hoạt với một điện thế thuận hoặc nghịch. Có tất cả bốn cách thức (mode) hoạt
động cho cả hai PNP hay NPN transistor.

Cách thức hoạt động (Operating
Mode)

EBJ

CBJ

trạng thái 1,0 trong điện số

SVTH: Nhóm 9- Danh Sách 2

Trang 25