Giaotrinh Do Luong Dieukhien Bangmaytinh Huynh Minh Ngoc

http://www.ebook.edu.vn

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC COÂNG NGHIEÄP TP. HOÀ CHÍ MINH

KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN TÖÛ

BOÄ MOÂN ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG

Baøi giaûng :

ÑO LÖÔØNG VAØ ÑIEÀU KHIEÅN BAÈNG MAÙY TÍNH

BIEÂN SOAÏN : ThS. HUYØNH MINH NGOÏC

LÖU HAØNH NOÄI BOÄ

TP. HOÀ CHÍ MINH, THAÙNG 9-2009

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com


Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc

2

LÔØI NOÙI ÑAÀU Moân hoïc Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính laø moät moân hoïc chuyeân ngaønh

duøng giaûng daïy cho sinh vieân naêm cuoái ngaønh Ñieän töû töï ñoäng. Moân hoïc ñeà caäp ñeán vaán ñeà öùng duïng maùy tính (Maùy tính caù nhaân PC, maùy tính coâng nghieäp , vaø PLC) vaøo heä thoáng ñieàu khieån vaø ño löôøng. Xu höôùng phaùt trieån laø duøng Ñieàu khieån döïa vaøo maùy tính (PC-based Control) vôùi heä ñieàu haønh maïnh, giao dieän thaân thieän, phaàn meàm deã phaùt trieån vaø giaù thaønh hôïp lí.

Ñeå hoïc toát moân hoïc naøy sinh vieân caàn phaûi hoïc qua moân Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng vaø Vi xöû lí. Giaùo trình goàm 10 chöông : Khaùi nieäm chung, caûm bieán vaø chuyeån ñoåi, giao tieáp qua raõnh caém maùy tính, laäp trình cho maùy tính ñieàu khieån, card thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån, giao tieáp qua coång song song, giao tieáp qua coång noái tieáp vaø giao tieáp qua coång USB, laäp trình giao tieáp noái tieáp, caùc boä chuyeån ñoåi döõ lieäu A/D vaø D/A , ñieàu khieån tuaàn töï, heä thoáng ñieàu khieån soá vaø maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp.

Baøi giaûng naøy taùc giaû ñaõ ñoïc vaø giaûng daïy cho lôùp ÑHÑT2ALT, ÑHÑT3ALT, vaø ÑHÑT1TC, ÑHÑT2TC vaø ÑHÑT2A. Baøi giaûng chaéc chaén khoâng traùnh khoûi thieáu soùt, vaø toâi chaân thaønh caûm ôn caùc nhaän xeùt goùp yù cuûa caùc thaày coâ giaùo trong boä moân ñieàu khieån töï ñoäng, caùc baïn ñoàng nghieäp vaø baïn ñoïc ñeå baøi giaûng ngaøy caøng hoaøn thieän hôn. Thö goùp yù xin göûi veà boä moân ñieàu khieån töï ñoäng, Khoa Coâng ngheä Ñieän töû, tröôøng Ñaïi hoïc Coâng nghieäp Tp. HCM. Ñòa chæ :soá 12 Nguyeãn Vaên Baûo, P.4 Q. Goø vaáp, TP. HCM, ÑT: 38940390; email: [email protected].

Ngaøy 15 thaùng 7 naêm 2010 Taùc giaû

Huyønh Minh Ngoïc





3

MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu 2 Muïc luïc 3 Chương 1: Khaùi niệm chung 6

1.1.Maùy tính trong ñiều khiển quaù trình 1.1 Điều khiển phaân cấp vaø tích hợp hệ thống

1.3. Ñieàu khieån voøng hôû vaø ñieàu khieån voøng kín. Heä thoáng ñieàu khieån soá 1.4. Noäi dung giaùo trình vaø öùng duïng.

Caâu hoûi

Chương 2: Cảm biến vaø chuyeån ñoåi 19 2.0. Cô baûn ño löôøng. 2.1.Cảm biến nhiệt ñoä 2.2.Caûm bieán löïc vaø troïng löôïng

2.3. Cảm biến dịch chuyển vaø khỏang caùch Caâu hoûi Chương 3: Giao tiếp qua raõnh cắm maùy tính 67 3.1.Giao tieáp qua Raõnh cắm ISA, EISA, Raõnh cắm Vesa local bus 3.2. Giao tieáp qua Raõnh cắm PCI, VMEbus (IEEE 1014), S-100, STD 3.3. Giôùi thieäu moät soá IC thöôøng duøng Caâu hoûi vaø baøi taäp Chöông 3A: Vi ñieàu khieån Vi ñieàu khieån PIC16F877A Taäp leänh cuûa PIC16F877A Chương 4: Lập trình cho maùy tính ñiều khiển 100 4.0. Caùc ngoân ngữ lập trình Hợp ngữ 8086, Qbasic, Pascal, C, Visual Basic , Delphi, C++, Visual C++/BorlandC++

Builder. 4.1.Lập trình xuất nhập ngọai vi

4.1.1.Lập trình xuất nhập 4.1.2.Viết file lieân kết ñộng

4.2.Sử dụng ngắt trong ñiều khiển , DMA, PCI/ PCI Exp. (PC104 Slot VME). 4.3. Vi ñieàu khieån 8051 vaø laäp trình C 4.4. Neàn taûng phaàn cöùng vaø phaàn meàm Caâu hoûi vaø Baøi taäp Chöông 5A: Card thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån 123 5.1. Ñaëc tính cuûa card PCI-1711 5.2. Nhöõng ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa PCI-1711 5.3. Sô ñoà keát noái I/O cuûa PCI-1711 5.4. Sô ñoà khoái cuûa card PCI-1711. 5.5. Caùch thanh ghi cuûa card PCI 1711: 5.6. Chuyeån ñoåi A/D, D/A vaø DO, DI:





4

5.7. Laäp trình cho card PCI 1711 Caâu hoûi vaø Baøi taäp Chương 5: Giao tiếp qua cổng song song 145

5.1.Tổng quan về cổng song song 5.2.Cấu truùc của cổng song song

5.2.1.Cổng SPP 5.2.2.Cổng EPP 5.2.3.Cổng ECP

5.3.Gheùp nối hai maùy tính bằng cổng song song 5.4. Maïch öùng duïng -Maïch ñeøn nhaùy. -Taïo xung vuoâng goùc ôû chaân D0 cuûa thanh ghi döõ lieäu. -Ñieàu khieån ñeøn giao thoâng.

Caâu hoûi vaø Baøi tập Chương 6: Giao tiếp qua cổng nối tiếp vaø USB 163

6.1.Tổng quan về cổng nối tiếp 6.2.Cấu truùc của cổng nối tiếp 6.3.IC thu phaùt vạn năng bất ñồng bộ UART 6.4.Caùc chuẩn vaø phương thức truyền qua cổng nối tiếp -RS232 -RS485 6.5.Maïch giao tieáp coång noái tieáp vaø caùc chương trình mẫu.

6.6. Modem 6.7.Mạch laäp trình vi ñieàu khieån ATmel 89C51 Caâu hoûi vaø baøi taäp 6.8. Giao tieáp qua cổng USB 185

6.8.1.Tổng quan về USB 6.8.2.Đặc tính cổng USB -Ñaëc tính coång USB. - Maïch chuyeån ñoåi USB-RS232. 6.8.3.Trao ñoåi tin 6.8.4.Lập trình giao tiếp thiết bị ngọai vi qua cổng USB

Caâu hoûi Chöông 7: Laäp trình giao tieáp noái tieáp 195

7.1. Laäp trình trong DOS Ngoân ngöõ QBasic, Pascal, C, leänh trong MSDOS. 7.2.Laäp trình duøng ngoân ngöõ Visual Basic 6.0. 7.3.Laäp trình duøng ngoân ngöõ laäp trình Delphi 5.0 vaø Visual C++ 6.0. 7.4. Laäp trình duøng Matlab

Caâu hoûi vaø baøi taäp Chöông 8: Caùc bộ chuyển ñổi dữ liệu A/D vaø D/A. Heä thu thaäp döõ lieäu 201

8.0. Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu. 8.1.Bieán ñoåi töông töï – soá (ADC)





5

-Bieán ñoåi A/D -Caùc kyõ thuaät bieán ñoåi A/D -Giao tiếp ADC với vi xöû lí

-Giôùi thieäu ADC 0809 8.2. Bieán ñoåi soá- töông töï ( DAC) -Bieán ñoåi D/A -Giao tiếp DAC với vi xöû lí -Giôùi thieäu DAC 0808

Caâu hoûi Chöông 8B: Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc PLC (Ñieàu khieån tuaàn töï ) 234 -Lyù thuyeát chuyeån maïch cô baûn

-Khaùi nieäm chung veà PLC Caâu hoûi Chöông 9 : Heä thoáng ñieàu khieån soá 249 9.0. Ñieàu khieån hoài tieáp 9.1. Ñaëc tính heä thoáng ñieàu khieån soá 9.2.Thuaät toaùn ñieàu khieån 9.3. Bieán ñoåi C(s) ra C(z) 9.4 . Thuaät toaùn PID soá 9.5. AÛnh höôûng cuûa khaâu baõo hoøa 9.6. Boä phaän chaáp haønh vaø truyeàn ñoäng ñieän. Ñoäng cô servo vaø ñieàu khieån vò trí 9.7. Ñieàu khieån soá baèng maùy tính CNC 9.8. Thí duï veà ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính 291

9.8.1.Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ duøng maùy tính PC/vi xöû lí. 9.8.2.Hệ thống ñiều khiển toác ñoä ñoäng cô moät chieàu (DC) duøng vi xöû lí 9.8.3.Boä ñònh thôøi caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån baèng vi xöû lí. 9.8.3.2. Heä thoáng ñieàu khieån ñeøn giao thoâng duøng AT89C51. 9.8.4. Boä ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng duøng vi xöû lí 9.8.5. Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh

9.9. Thieát keá ñaët cöïc: tieáp caän khoâng gian traïng thaùi. 9.10. Thieát keá ñieàu khieån toái öu: tieáp caän khoâng gian traïng thaùi. 9.11.Heä thoáng vôùi söï khoâng chaéc chaén (Heä môø) Caâu hoûi vaø Baøi taäp Chương 10: Mạng truyeàn thoâng coâng nghiệp 348

10.1. Khaùi niệm 10.2.Maïng Ethernet vaø bus tröôøng -Maïng Ethernet -Bus tröôøng. -Ñieàu khieån duøng PC. 10.3. Maïng I2C.

Caâu hoûi





6

Taøi lieäu tham khaûo 371 Phuï luïc A: Maùy tính coâng nghieäp 373 Phuï luïc B: Visual Basic 6.0





7

CHÖÔNG 1: KHAÙI NIEÄM CHUNG

1.1. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình

1.1.1. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình : khaùi nieäm cô baûn

Ngaøy nay vieäc söû duïng maùy tính noùi rieâng vaø vi xöû lí noùi chung trong caùc day

chuyeàn saûn xuaát hieän ñaïi ñaõ laø yeâu caàu baét buoäc ñeå taêng naêng suaát vaø chaát löôïng saûn

phaåm. Trong caùc saûn phaåm daân duïng vieäc söû duïng vi xöû lí goùp phaàn taêng tính thoâng

minh cuûa saûn phaåm vaø taïo tieän lôïi cho ngöôøi söû duïng.

Ñeå moâ taû cuï theå cuûa maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình, chuùng ta caàn ñònh

nghóa quaù trình laø gì. Quaù trình vaät lyù (a physical process) laø toå hôïp caùc taùc vuï ñöôïc

thöïc thi ñeå taùc ñoäng leân, thay ñoåi, moät ñieàu gì ñoù trong theá giôùi thöïc. Söï chuyeån ñoäng,

phaûn öùng hoùa hoïc vaø truyeàn nhieät laø caùc quaù trình . Saûn phaåm (materials) vaø naêng löôïng

(energy) laø thaønh phaàn cô baûn hieån nhieân cuûa quaù trình vaät lí.

Nhieãu

Saûn phaåm vaøo saûn phaåm ra

Naêng löôïng vaøo Naêng löôïng ra

Thoâng tin Thoâng tin

Vaøo ra

H1.1 : Moâ hình quaù trình vaät lyù toång quaùt

Maùy tính soá laø thieát bò quan troïng xöû lí thoâng tin (H1.2)vaø coù theå taùc ñoäng leân

thoâng tin lieân quan ñeán quaù trình (H1.3).

Thoâng tin vaøo Thoâng tin ra

Hình 1.2: Hoaït ñoäng cuûa maùy tính soá

Quaù trình vaät lyù

Moâi tröôøng

Maùy tính soá





8

Vi xöû lí ñöôïc söû duïng trong ñieàu khieån vaø ño löôøng döôùi ba daïng:

-Maùy tính ñieàu khieån (Maùy vi tính-MVT).

-Vi xöû lí ñieàu khieån nhuùng (coøn goïi laø vi ñieàu khieån-VÑK), nghóa laø vi ñieàu

khieån laø moät boä phaän khoâng taùch rôøi cuûa thieát bò ñöôïc ñieàu khieån.

-Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc.

MVT : Personal computer

VÑK: embedded microcontroller/embedded microprocessor

PLC : Programmable logic controller.

Caû ba daïng treân ñöôïc thieát keá döïa treân cô sôû hoaït ñoäng cuûa vi xöû lí vôùi chöùc

naêng xöû lí thoâng tin theo sô ñoà H1.3.

Nhieãu

Saûn phaåm vaøo Saûn phaåm ra

Naêng löôïng vaøo Naêng löôïng ra

Tín hieäu ño löôøng

Vaø ñieàu khieån

H1.3. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình

1.1.2.Lòch söû phaùt trieån:

Moät thí duï thöïc tieãn ñaàu tieân cuûa öùng duïng maùy tính ñieàu khieån quaù trình laø vaøo

naêm 1959; noù lieân quan ñeán moät soá chöùc naêng ôû nhaø maùy hoùa daàu taïi Port Arthur,

Texas(UAS). Coâng trình ñaàu tieân keát hôïp giöõa coâng ty Thomson ramo Woolridge vaø

Texaco. RW300, maùy tính duøng ñeøn ñieän töû, kieåm soaùt doøng chaûy, nhieät ñoä, aùp suaát vaø

phaân töû trong nhaø maùy loïc (hoùa daàu). Maùy tính tính toaùn tín hieäu ñieàu khieån mong muoán

Moâi tröôøng

Quaù trình vaät lí

Maùy tính Thieát bò nhaäp (baøn phím)

Thieát bò xuaát (maøn hình)





9

döïa treân döõ lieäu vaøo vaø thay ñoåi ñieåm ñaët cuûa boä hieäu chænh analog vaø chæ thò ngöôøi

vaän haønh caùc ñieàu khieån ñöôïc thöïc hieän baèng tay.

Vaán ñeà kinh teá khoâng chæ laø vaán ñeà. Ñoä tin caäy phaàn cöùng thaáp vì duøng ñeøn ñieän

töû. Phaàn meàm ñöôïc vieát baèng laäp trình hôïp ngöõ.

Phöông phaùp toaùn hoïc coå ñieån döïa treân phaân tích thôøi gian lieân tuïc khoâng theå

duøng tröïc tieáp cho thieát keá voøng laëp ñieàu khieån ñeå hieän thöïc treân maùy tính. Ñieàu khieån

maùy tính ban ñaàu minh hoïa söï caàn thieát cho lyù thuyeát ñieàu khieån laáy maãu, cung caáp neàn

taûng cho söï phaùt trieån. Chöông trình khoâng gian cuûa Myõ trong thaäp nieân 1960 vaø ñaëc

bieät döï aùn Apollo ñaõ hieän thöïc cho coâng trình lyù thuyeát vaø thöïc tieãn.

Vaøo naêm 1962, ICI (Imperial Chemical Industries) giôùi thieäu khaùi nieäm ñieàu

khieån soá tröïc tieáp DDC(Direct digital control) ; yù töôûng laø thay voøng ñieàu khieån analog

thoâng thöôøng baèng maùy tính trung taâm. YÙ töôûng cuûa DDC vaãn coøn ñöôïc aùp duïng trong

nhieàu heä thoáng ñieàu khieån maùy tính ngaøy nay.

Teân goïi ñieàu khieån soá tröïc tieáp nhaèm nhaán maïnh raèng maùy tính ñieàu khieån quaù

trình moät caùch tröïc tieáp. Tính linh hoaït laø thuaän lôïi cuûa heä thoáng DDC.

Söï phaùt trieån baùn daãn trong thaäp nieân 1960 daãn ñeán söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa

maùy tính. Ba yeáu toá: phaàn cöùng maùy tính toát hôn, quaù trình ít phöùc taïp hôn, vaø lyù thuyeát

ñieàu khieån phaùt trieån , ñöôïc keát hôïp laïi gia taêng söï thaønh coâng cuûa ñieàu khieån maùy tính.

Ñaây laø thôøi kì maùy tính mini. Caùc ñoøi hoûi veà maùy tính ñieàu khieån quaù trình gaén chaët vôùi

söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä maïch tích hôïp. Coù theå thieát keá hieäu quaû heä thoáng ñieàu khieån

quaù trình baèng maùy tính mini. Maùy tính quaù trình tieâu bieåu thôøi kì naøy coù ñoä daøi töø 16

bit. Boä nhôù chính laø 8-124 K words. OÅ ñóa ñöôïc söû duïng thoâng thöôøng laø boä nhôù phuï.

CDC 1700 laø maùy tính tieâu bieåu thôøi kì naøy.

Caùc öùng duïng maùy tính thoâng duïng trong ñieàu khieån coâng nghieäp laø bus môû. Giao

tieáp (bus) giöõa caùc moñun vaän haønh ñöôïc nhaán maïnh.

Phaàn cöùng maùy tính phaùt trieån maïnh meõ, naêng löïc tính toaùn maïnh, lyù thuyeát ñieàu

khieån phaùt trieån: ñieàu khieån hieän ñaïi, ñieàu khieån thoâng minh(heä môø vaø maïng nôroân).

Caùc öùng duïng ñieàu khieån maùy tính gia taêng. Phi thuyeàn thaùm hieåm maët traêng Apollo 11

vaøo naêm 1969 coù maùy tính vôùi 64 KByte boä nhôù chính.





10

Thôøi kyø maùy vi tính vaø söû duïng ña naêng cuûa ñieàu khieån maùy tính.

Vieäc söû duïng deã daøng cuûa ñieàu khieån maùy tính bò giôùi haïn trong heä thoáng coâng nghieäp

lôùn vì maùy tính soá chæ duøng trong caùc maùy ñaét tieàn, lôùn, chaäm vaø khoâng tin caäy. Söï phaùt

trieån cuûa coâng ngheä vi ñieän töû tieáp tuïc cuøng tieán boä trong coâng ngheä VLSI; naêm 1990s

boä vi xöû lyù trôû neân thoâng duïng vôùi giaù vaøi USD. Thò thöôøng lôùn nhö laø ñieän töû oâ toâ ñaõ

daãn ñeán söï phaùt trieån cuûa maùy tính chuyeân duïng ñöôïc goïi laø vi ñieàu khieån, trong ñoù

chip maùy tính chuaån coù saün A/D vaø D/A, thanh ghi vaø caùc ñaëc ñieåm khaùc laøm cho noù

giao tieáp deã daøng vôùi thieát bò vaät lyù. Ñieàu khieån quaù trình hieän thöïc duøng kyõ thuaät khí

neùn hay ñieän töû nhöng luoân laø ñieàu khieån döïa vaøo maùy tính. Ñieàu khieån soá vôùi thuaät

toaùn PID. Maùy ñieàu khieån soá NC vaø ñieàu khieån soá baèng maùy tính CNC cuõng ñöôïc phaùt

trieån.

Heä thoáng ñieàu khieån soá phaùt trieån , caû phaàn cöùng vaø phaàn meàm. Caáu truùc cuûa

toaøn theå giaûi phaùp goàm ñôn vò phaàn cöùng, moâñun phaàn meàm vaø truyeàn thoâng laø thaùch

thöùc chính.

Logic, tuaàn töï vaø ñieàu khieån.

Heä thoáng töï ñoäng hoùa coâng nghieäp truyeàn thoáng coù hai thaønh phaàn laø boä ñieàu khieån vaø

logic role. Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc PLC ñöôïc duøng nhieàu trong caùc daây

chuyeàn coâng ngheä vì khaû naêng laøm vieäc lieân tuïc vaø trong moâi tröôøng khaéc nghieät.

Ñieàu khieån phaân boá

Coâng ngheä vi xöû lí ñaõ nhaán maïnh vaøo caùch maùy tính aùp duïng vaøo ñieàu khieån toaøn boä

nhaø maùy saûn xuaát. Thaät laø hieäu quaû kinh teá ñeå phaùt trieån heä thoáng goàm nhieàu maùy vi

tính giao tieáp nhau chia xeû taøi nguyeân. Nhöõng heä thoáng nhö vaäy goàm traïm quaù trình,

ñieàu khieån quaù trình; traïm vaän haønh ôû ñoù ngöôøi vaän haønh quaù trình giaùm saùt caùc hoaït

ñoäng; vaø nhieàu traïm khaùc nöõa, chaúng haïn cho caáu hình heä thoáng vaø laäp trình, löu tröõ döõ

lieäu,vv… Heä thoáng ñaàu tieân loaïi naøy laø Honeywell TDC 2000 vaøo naêm 1975 vaø nhanh

choùng ñöôïc phaùt trieån bôûi caùc haõng khaùc. Thuaät ngöõ ñieàu khieån phaân boá ñöôïc nhaán

maïnh.

Heä thoáng ñieàu khieån vaø giaùm saùt dieän roäng (SCADA). Maùy tính coâng nghieäp maïnh

(IPC) laøm nhieäm vuï giaùm saùt, keát noái vôùi PLC hay boä ñieàu khieån thu thaäp vaøo ra hieän





11

tröôøng, caùc module I/O thoâng qua maïng Ethernet-TCP/IP hay bus tröôøng . Phaàn meàm

giao dieän ngöôøi maùy (HMI) cuøng ñieàu khieån vaø giaùm saùt heä thoáng. Töông lai tieán ñeán laø

CIM, saûn xuaát tích hôïp duøng maùy tính.

Ñieàu khieån döïa vaøo maùy tính (PC based Control) laø xu höôùng phaùt trieån.

1.1.3.Heä thoáng:

Heä thoáng hieåu theo quan ñieåm hoäp ñen, chæ caàn bieát quan heä vaøo ra cuûa heä,

khoâng quan taâm beân trong heä hoaït ñoäng ra sao. Muïc ñích cuûa heä laø ñaït ñöôïc keát quaû veà

ñònh tính vaø ñònh löôïng cao hôn toång keát quaû cuûa töøng thaønh phaàn ñôn.

Vaøo Ra

Heä thoáng coù nhieàu loaïi: ñieän, hoùa hoïc, cô khí vaø sinh hoïc. Maùy tính caù n haân laø

heä thoáng ñöôïc xaây döïng vôùi caùc thaønh phaàn cô baûn goàm ñôn vò xöû lí trung taâm CPU, boä

nhôù vaø thieát bò ngoaïi vi, bus heä thoáng. Cuøng vôùi phaàn meàm theâm vaøo(phaàn meàm heä

thoáng, phaàn meàm öùng duïng) chuùng ta coù maùy tính maø noù coù theå thöïc hieän nhieàu thöù. Cô

theå con ngöôøi laø heä thoáng raát phöùc taïp ñöôïc xaây döïng vôùi caùc phaàn höõu cô maø thöïc hieän

caùc chöùc naêng khaùc nhau.

Moät khía caïnh quan troïng cuûa tri thöùc heä thoáng laø heä thoáng ñoäng.

Moâ hình cho ñieàu khieån : goàm coù

-Moâ taû heä lieân tuïc.

-Moâ taû heä laáy maãu.

- Heä tuaàn töï hay söï kieän rôøi raïc.

-Heä thoáng vôùi söï khoâng chaéc chaén (thoâng tin khaéc chaéc chaén).

Roõ raøng, coù caùc caùch tieáp caän khaùc nhau phuï thuoäc vaøomoâ hình heä ñöôïc söû duïng nhö

theá naøo. Boä ñieàu khieån khaùc nhau caàn moâ hình ñoái töôïng khaùc nhau. Chuùng ta xem xeùt

heä caû tieáp can mieàn thôøi gian vaø tieáp caän mieàn taàn soá.

1.1.4.Moät soá öùng duïng tieâu bieåu cuûa heä thoáng ñieàu khieån maùy tính:

Heä thoáng (hoäp ñen)





12

ÖÙng duïng ñieàu khieån maùy tính quaù trình raát nhieàu : coâng ngheä cô khí cheá taïo:

NC, CNC , FMS, robot; coâng ngheäp xöû lí hoùa, daàu khí, nhöïa, giaáy…; heä thoáng naêng löôïng

ñieän; ñieàu khieån ñeøn giao thoâng ,vv…

Caùc quaù trình coù söû duïng maùy tính ñieàu khieån raát ña daïng, thí duï:

- Heä thoáng ñieän.

- Daøn khoang daàu khí, nhaø maùy hoùa daàu..

- Nhaø maùy hoùa chaát, xi maêng, giaáy, nhöïa..

- Nhaø maùy cô khí cheá taïo vaø laép raùp (NC, CNC, robot..), FMS.

- Heä thoáng ñieàu khieån giao thoâng.

Caáu truùc toång quaùt cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính ôû H1.4, vaø goàm coù

caùc boä phaän sau :

-Boä xöû lí trung taâm (bao goàm vi xöû lí, boä nhôù..).

-Caùc keânh truyeàn thoâng lieân laïc giöõa ngöôøi-maùy tính vaø maùy-maùy.

-Caùc thieát bò gheùp noái vaø chuyeån ñoåi töông töï-soá, soá – töông töï.

-Caûm bieán (caûm bieán nhieät, aùp suaát, dòch chuyeån, vaän toác..).

-Chaáp haønh(Relay, ñoäng cô, van khí vaø thuûy löïc, xy lanh..).

-Quaù trình vaät lyù.





13

Ngöôøi

Vaän haønh

Tín hieäu Tín hieäu

nhò phaân nhò phaân

H1.4. Caáu truùc heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính

Tuøy theo ñoä phöùc taïp cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån ta coù theå söû duïng moät coâng cuï

maùy tính hoaëc laø heä thoáng nhieàu maùy tính gheùp vôùi nhau theo maïng phaân boá vaø phaân

caáp. Vieäc giao tieáp giöõa caùc maùy tính thöôøng laø giao tieáp tuaàn töï khoâng ñoàng boä. Giao

tieáp ngöôøi-maùy thöïc hieän qua baøn phím(keyboard, touch panel), maøn hình (CRT, LCD)

hay keânh aâm thanh.

Tín hieäu ño löôøng ñieàu khieån coù 2 daïng : nhò phaân(on/off) vaø töông töï. Ñoái vôùi

nhöõng tín hieäu töông töï töø caûm bieán, caàn söû duïng caùc boä chuyeån ñoåi ra daïng ñieän aùp

hay doøng roài chuyeån töø töông töï sang soá(ADC). Tín hieäu ñieàu khieån daïng soá caàn

chuyeån sang töông töï (DAC). Tuøy theo loaïi cô caáu chaáp haønh ta caàn caùc boä khueách

ñaïi coâng suaát phuø hôïp (KÑCS lôùp B, ñieàu roäng xung, ñieàu khieån pha, bieán taàn, khoùa

baùn daãn, role).

Maùy tính trung taâm

Maùy vi tính

Giao dieän

Ñoåi TT-soá Ñoåi soá - TT

Khueách ñaïi coâng suaát Khueách ñaïi coâng suaát

Caûm bieán Chaáp haønh

Quaù trình





14

Do baûn chaát laøm vieäc cuûa maùy tính laø tuaàn töï neân maùy tính chæ giao tieáp vôùi

beân ngoaøi theo nhöõng khoaûng thôøi gian rôøi raïc vì vaäy heä thoáng ñieàu khieån duøng maùy

tính laø heä thoáng ñieàu khieån rôøi raïc(löôïng töû) vaø caùc vaán ñeà phaùt sinh nhö thôøi gian laáy

maãu, thôøi gian treã do tính toaùn xöû lyù, sai soá do löôïng töû vì ñoä phaân giaûi coù haïn cuûa

chuyeån ñoåi A/D vaø D/A caàn phaûi ñöôïc xeùt ñeán.

1.2. Ñieàu khieån phaân caáp vaø tích hôïp heä thoáng

Heä thoáng ñieàu khieån quaù trình thöïc teá thöôøng laø heä thoáng phöùc taïp baogoàm

Nhieàu vi xöû lí theå hieän döôùi ba daïng MVT, VÑK vaø PLC. Laáy thí duï maùy CNC töùc laø

maùy coâng cuï ñieàu khieån soá baèng maùy tính goàm caùc phaàn sau :

*Möùc thaáp nhaát laø caùc baûn maïch ñieàu khieån truyeàn ñoäng ñieän ñoäng cô böôùc hay ñoäng

cô chaáp haønh duøng ñeå taïo chuyeån ñoäng theo ba chieàu. Caùc baûn maïch naøy söû duïng

VÑK laøm nhieäm vuï ño vaø ñieàu khieån vò trí theo trò soá ñaët töø möùc treân ñöa xuoáng.

*Treân moät möùc laø boä ñieàu khieån soá NC söû duïng VÑK coù maøn hình tinh theå loûng vaø baøn

phím gheùp vôùi caùc baûn maïch ñieàu khieån vaø aán ñònh ñoä dòch chuyeån caùc truïc. Caùc

khoaûng dòch chuyeån theo ba truïc coù theå ñöa vaøo baèng baøn phím(ñieàu khieån baèng tay),

baêng ñuïc loã hoaëc töø maùy tính chaïy chöông trình CAD/CAM ñöa xuoáng. Quyõ ñaïo dao(hai

hay ba chieàu ) ñöôïc hieån thò treân maøn hình tinh theå loûng coøn caùc toaï ñoä hieån thò döôùi

daïng nhò phaân.

*Beân caïnh boä ñieàu khieån soá coù theå theâm moät PLC laøm caùc nhieäm vuï coù tính chaát laëp

vaø ñôn ñieäu nhö phun chaát giaûi nhieät thay dao, ñieàu khieån truyeàn ñoäng chính .. lieân laic

vôùi VÑK ôû möùc hai.

*Treân cuøng laø maùy vi tính laäp ra ñöôøng ñi cuûa dao caét döïa treân yeâu caàu gia coâng vaø

coâng ngheä caét goït. Maùy vi tính seõ chuyeån xuoáng cho boä ñieàu khieån soá chöông trình gia

coâng.





15

H1.6. Caáu truùc ñieàu khieån phaân caáp maùy CNC

Môû roäng ra cho quaù trình phöùc taïp thí duï nhö nhaø maùy. Möùc thaáp nhaát laø caùc maùy vaø

caùc ñôn vò saûn xuaát tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi quaù trình (daây chuyeàn). ÔÛ möùc treân laø caùc teá

baøo saûn xuaát goàm nhieàu maùy keát hôïp (phaân xöôûng). Lòch saûn xuaát cuûa caùc phaân xöôûng

do phoøng keá hoaïch saûn xuaát ñöa xuoáng treân cô sôû keá hoïach cuûa hoäi ñoàng quaûn trò vaø

giaùm ñoác (hình 1.7).

Giao dieän ngöôøi- maùy

Maùy vi tính

Boä ñieàu khieån soá

PLC

Baûn maïch ñieàu khieån

Baûn maïch ñieàu khieån

Maùy coâng cuï

Quaûn lí

Ñieàu khieån saûn xuaát

Ñieàu khieån quaù trình

Ñieàu khieån cuïc boä







16

H1.7: Ñieàu khieån phaân caáp xí nghieäp.

Do tính chaát ña daïng cuûa caùc thieát bò veà chuûng loaïi vaø nhaõn hieäu vaán ñeà gheùp noái

caùc thieát bò noùi treân (tích hôïp heä thoáng- system intergrator) ñoøi hoûi phaûi coù tieâu chuaån

chung veà cô (kích thöôùc), ñieän (ñieän aùp, doøng, caùp noái), truyeàn thoâng.

Heä thoáng saûn xuaát phöùc taïp thöôøng caáu truùc theo maïng, thaáp nhaát laø maïng PLC

goàm nhieàu PLC keát noái qua maïng MPI, Profibus.. trong maïng coù maùy tính hay maøn hình

HMI. Caáp cao hôn laø maïng PLC+ maùy tính SCADA(Supervisor Control and Data

Acquisition), maùy tính laøm nhieäm vuï chaån ñoaùn hö hoûng, hieån thò, thay ñoåi thoâng soá

hoaït ñoäng cuûa heä thoáng, löu tröõ vaø töôøng trình, coù theå coù nhieàu maùy tính keát noái theo

maïng LAN. Moät daïng phaân caáp khaùc laø heä thoáng ñieàu khieån phaân boá DCS(Distributed

Control System), trong maïng coù maùy tính giaùm saùt, maùy tính ñieàu khieån quaù trình, PLC,

RTU(Remote Terminal Unit), FCU(Field Control Unit) hoaït ñoäng döôùi moät chöông trình

baûo ñaûm naêng suaát, chaát löôïng saûn phaåm, traùnh ngöøng daây chuyeàn saûn xuaát.

1.3.Ñieàu khieån voøng hôû vaø ñieàu khieån voøng kín. Heä thoáng ñieàu khieån số Ñieàu khieån voøng hôû: Heä thoáng ñieàu khieån voøng hôû (Heä thoáng khoâng hoài tieáp) Thaønh phaàn cuûa heä thoáng ñieàu khieån voøng hôû thöôøng ñöôïc chia laøm hai phaàn: boä ñieàu khieån vaø quaù trình bò ñieàu khieån (coøn goïi laø ñoái töôïng ñieàu khieån).

r(t) u(t) c(t)

Hình

Trong ñoù : r(t) laø tín hieäu vaøo, c(t) laø tín hieäu ra, u(t) laø tín hieäu ñieàu khieån. Ñieàu khieån voøng kín (Ñieàu khieån hoài tieáp): Heä thoáng ñieàu khieån voøng kín (Heä thoáng ñieàu khieån coù hoài tieáp).

Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån (HTÑK) voøng kín :

ÑTÑK Boä ñieàu khieån





17

r(t) e(t) u(t) c(t) + - Boä so saùnh c*(t) ÑK ÑT ÑL

Hình Trong ñoù : r(t) laø tín hieäu vaøo; c(t) laø tín hieäu ra; c*(t) laø tín hieäu hoài tieáp vaø u(t) laø tín hieäu ñieàu khieån. Moät heä thoáng ñieàu khieån bao goàm 3 thaønh phaàn cô baûn ñoù laø ñoái töôïng ñieàu khieån, caûm bieán hay thieát bò ño löôøng vaø boä ñieàu khieån duøng ñeå hieäu chænh caùc haønh vi cuûa heä. Tín hieäu ñaàu ra boä so saùnh e(t)=r(t)- c*(t), laø sai soá, ôû hình veõ 1-3 cuõng chính laø tín hieäu ñaàu vaøo cuûa boä ñieàu khieån. Heä thoáng ñieàu khieån soá:

Heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính chöùa caû tín hieäu lieân tuïc vaø tín hieäu laáy maãu hay rôøi raïc theo thôøi gian. Nhöõng heä thoáng nhö vaäy veà truyeàn thoáng ñöôïc hoïi laø heä thoáng laáy maãu döõ lieäu.

Heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính (Computer-controlled system) coøn ñöôïc goïi laø heä thoáng laáy maãu döõ lieäu (sampled-data system). Sô ñoà khoái heä nhö sau

Maùy tính y(t) y(tk) u(tk) u(y)

Hình 1.8: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính. Thuaät toaùn ñieàu khieån: PID, ñaët cöïc, toái öu tuyeán tính daïng toaøn phöông (LQ).

Caùc thí duï cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính:

-Ñieàu khieån vò trí.

-Ñieàu khieån toác ñoä.

-Ñieàu khieån nhieät ñoä.

-Ñieàu khieån doøng (löu löôïng)(Flow control).

A-D Giaûi thuaät D-A

Quaù trình (ñoái töôïng)

Clock

Boä ñieàu khieån

Ñoái töôïng, quaù trình ñieàu khieån

Caûm bieán, thieát bò ño löôøng





18

-Ñieàu khieån aùp suaát.

-Ñieàu khieån coâng suaát, doøng ñieän, ñieän aùp.

-Ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng.

1.4. Noäi dung giaùo trình vaø öùng duïng

Muïc ñích chính cuûa giaùo trình laø theå hieän quan ñieåm tích hôïp cuûa ñieàu khieån

maùy tính trong caùc quaù trình coâng nghieäp.

Caùc kieán thöùc lyù thuyeát neàn taûng caàn thieát maø ngöôøi ñoïc caàn bieát :

.Tính toaùn cô baûn.

.Lyù thuyeát maïch ñieän cô baûn.

.Lyù thuyeát ñieàu khieån hoài tieáp cô baûn.

.Nguyeân lyù cô baûn veà caáu truùc maùy tính vaø hoaït ñoäng.

. Ngoân ngöõ laäp trình caáp cao nhö laø Basic, Pascal, Fortran, C/C++, Visual Basic,

Delphi, Visual C++/Visual C#.

Khi söû duïng maùy tính ñieàu khieån quaù trình ta phaûi giaûi quyeát caùc vaán ñeà sau:

. Gheùp noái maùy tính vôùi ngoaïi vi(caûm bieán vaø chaáp haønh).

. Laäp trình ñieàu khieån thôøi gian thöïc bao goàm caùc chöông trình con ño, xöû lí soá, thuaät

toaùn ñieàu khieån, xuaát tín hieäu ñieàu khieån.

.Truyeàn thoâng vaø maïng coâng nghieäp.

Giaùo trình moân hoïc coù muïc ñích trình baøy caùc kieán thöùc caàn thieát khi söû duïng

vi xöû lí vaøo ñieàu khieån vaø ño löôøng, vaø goàm coù caùc chöông sau :

-Khaùi nieäm chung.

-Caûm bieán vaø chuyeån ñoåi.

-Giao tieáp qua raõnh caém maùy tính.

-Laäp trình maùy tính ñieàu khieån.

-Giao tieáp vôùi coång song song.

-Giao tieáp vôùi coång noái tieáp.

-Giao tieáp vôùi coång USB.

-Chuyeån ñoåi döõ lieäu A/D vaø D/A.

-Heä thoáng ñieàu khieån soá.





19

-Maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp.

Caâu hoûi : Chương 1: Khaùi nieäm chung

1. Maùy tính trong ñieàu khieån quaù trình. 2. Lòch söû phaùt trieån cuûa ñieàu khieån maùy tính quaù trình. 3. Heä thoáng laø gì? Cho ví duï. 4. Trình baøy caáu truùc heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính. 5. Trình baøy heä thoáng thu thaäp döõ lieäu. 6. Caáu truùc ñieàu khieån phaân caáp maùy CNC. 7. Baøi toaùn ñieàu khieån maùy tính quaù trình tieâu bieåu. 8. Trình baøy heä thoáng ñieàu khieån : lieân tuïc vaø soá.

Tham khaûo : [1].TS. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB

ÑHQG Tp. HCM, 2002 (laàn 1) vaø 2005( laàn 2).

[2]. Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control,

Prentice Hall ,1992.

[3].K.J.Astrom,B.J Wittenmark, Computer-Controlled Systems - Theory and Design, Prentice Hall, 3rd ed., 1997. [4]. Gene F. Franklin, J. David Powell, Michael L. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, 2nd ed., Addison-Wesley, 1990.





20

CHÖÔNG 2: CAÛM BIEÁN VAØ CHUYEÅN ÑOÅI.

Caáu truùc toàng quaùt cuûa vaøo ra maùy tính quaù trính :

Hình 2.1. Caáu truùc toàng quaùt cuûa vaøo ra maùy tính quaù trính.

Caùc thaønh phaàn cuûa giao tieáp quaù trình goàm coù :

-Ño löôøng.

-Chaáp haønh .

-Baêng thoâng vaø nhieãu.

-Truyeàn tín hieäu.

Duïng cuï ño löôøng

ñaïi löôïng caàn ño Heä thoáng ñieän

(tín hieäu analog)

Hình 2.2. Sô ñoà khoái cuûa duïng cuï ño löôøng.

Quaù trình coâng nghieäp

Caûm bieán

Chaáp haønh

Gia coâng ngoõ vaøo

Gia coâng ngoõ ra

Giao tieáp ngoõ vaøo maùy tính

Giao tieáp ngoõ ra maùy tính

Boä xöû lí

Vaän haønh

Caûm bieán tín hieäu

Chuyeån ñoåi





21

Coù raát nhieàu loaïi caûm bieán ño caùc ñaïi löôïng khaùc nhau nhöng chuùng ta chæ xeùt caùc caûm

bieán thoâng duïng trong ñieàu khieån quaù trình nhö nhieät ñoä, löïc, dòch chuyeån, vaän toác, aùp

suaát, löu löôïng.

2.0.Cô baûn ño löôøng:

Trong ño löôøng ta phaûi thöïc hieän caùc pheùp ño giaù trò cuûa ñaïi löôïng nhö laø nhieät

ñoä, ñieän aùp,.. neân coù sai soá. Theo hình thöùc maø heä thoáng xaûy ra sai soá:

-Sai soá heä thoáng: sai soá ñöôïc duy trì ôû keát quaû ño löôøng, khi söï ño löôøng ñöôïc laäp ñi laäp

laïi trong cuøng moat ñieàu kieän laøm vieäc. Sai soá naøy coù theå do duïng cuï ño, do vieäc ñònh

chuan thang ño, do aûnh höôûng moâi tröôøng nhö : nhieät ñoä, ñoä aåm, töø tröôøng hoaëc ñieän

tröôøng nhieãu.

-Sai soá ngaãu nhieân: sai soá naøy hoaøn toaøn khaùc haún sai soá heä thoáng, khi söï ño löôøng ñöôïc

laäp ñim laäp laïi thì trò soá sai soá naøy laïi khaùc nhau. Muoán tính toaùn sai soá ngaãu nhieân thì

phaûi duøng ñeán lyù thuyeát xaùc suaát vaø thoáng keâ.

Caùch tính toaùn sai soá:

-Sai soá tuyeät ñoái: ñöôïc ñònh nghóa baèng bieåu thöùc sau nay:

aaa −= 'δ

trong ñoù : a’: laø trò soá ño ñöôïc do thieát bò ño.

a: trò soá that cuûa ñaïi löôïng ño.

Thöïc teá ta chæ xaùc ñònh trò soá giôùi haïn lôùn nhaát cuûa sai soá tuyeät ñoái.

max' aaa −=∆

do ñoù aa ∆≤δ .

-Sai soá töông ñoái:

Sai soá töông ñoái cuûa ñaïi löôïng ño ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:

'aa

r∆

=δ

hoaëc tính theo trò soá (%):

100'

(%) xaa

r∆

=δ

-Sai soá ngaãu nhieân: Ñaây laø moat sai soá khoâng theå loaïi boû ñöôïc vaø phaûi giaûm boû sai soá

naøy baèng kyõ thuaät ño löôøng toát nhaát vaø phaûi phaân tích keát quaû thu ñöôïc.





22

2.1. CAÛM BIEÁN NHIEÄT ÑOÄ

Caûm bieán nhieät ñoä laø phaàn töû quan troïng trong baát kyø moät heä thoáng ño nhieät ñoä

naøo.

Caûm bieán nhieät ñoä coù khaû naêng caûm nhaän ñöôïc tín hieäu nhieät ñoä moät caùch chính

xaùc, trung thöïc vaø chuyeån ñoåi thaønh tín hieäu coù theå ño löôøng ñöôïc nhö ñieän aùp , ñieän trôû,

ñieän tích, theå tích , aùp suaát vv...

2.1.1. Caùc thoâng soá cuûa caûm bieán :

2.1.1.1. Thoâng soá caáu taïo : tuøy thuoäc vaøo töøng loaïi caûm bieán .

2.1.1.2. Thoâng soá söû duïng : goàm caùc yeáu toá sau :

a). Khoaûng laøm vieäc : laø khoaûng nhieät ñoä maø caûm bieán coù khaû naêng ghi nhaän ñöôïc, caùc

giaù trò chöa bò baõo hoøa. Khoaûng laøm vieäc phuï thuoäc tính chaát caáu taïo, lyù hoùa cuûa töøng

loaïi caûm bieán.

b). Ñoä nhaïy : Ñoä nhaïy cuûa caûm bieán ñöôïc ñònh nghóa

dXdFS =

Trong ñoù, dF : söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng ño

dx : söï thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng vaät lyù.

Neáu S = const trong suoát khoaûng thôøi gian laøm vieäc thì caûm bieán ñoù tuyeán

tính vôùi nhieät ñoä laøm vieäc . Neáu S thay ñoåi trong caùc khoaûng laøm vieäc thì phaûi tuyeán

tính baèng caùch chia taàm ño cuûa caûm bieán ra nhieàu ñoaïn nhoû, coù theå xem nhö tuyeán tính.

Do ñoù caûm bieán seõ hoaït ñoäng trong moät taàm giôùi haïn nhaát ñònh .

c). Ngöôõng ñoä nhaïy : laø möùc thaáp nhaát maø caûm bieán coù theå phaùt hieän ñöôïc.

d). Tính treã : Tính treã coøn ñöôïc goïi laø quaùn tính cuûa caûm bieán . Tính treã cuûa caûm bieán

taïo neân sai soá cuûa pheùp ño.

Toác ñoä thay ñoåi cuûa ñaïi löôïng ño phaûi phuø hôïp vôùi tính treã cuûa caûm bieán. Neáu

ñaïi löôïng ño thay ñoåi nhanh, maø quaùn tính cuûa caûm bieán lôùn thì khoâng theå ño chính xaùc

ñöôïc. Moïi caûm bieán nhieät ñeàu coù tính treã.

2.1.2. Phaân loaïi caûm bieán :





23

Caûm bieán nhieät ñoä ñöôïc phaân thaønh nhieàu loaïi döïa treân caùc nguyeân lyù hoaït

ñoäng khaùc nhau cuûa caûm bieán vaø ñöôïc phaân ra thaønh nhöõng loaïi sau :

- Nhieät keá döïa treân aùp suaát ñaúng tích.

- Nhieät keá döïa treân söï giaõn nôû veà theå tích.

- Nhieät keá döïa treân söï thay ñoåi ñieän trôû.

- Nhieät keá döïa treân söï thay ñoåi söùc ñieän ñoäng nhieät.

- Hoûa keá quang hoïc.

Baûng 2.1 cho phaïm vi ño nhieät ñoä cuûa caùc loaïi caûm bieán thoâng thöôøng.

Teân nhieät keá Phaïm vi ño

Nhieät keá chaát loûng

Nhieät keá ñieän trô

Nhieät keá baùn daãn

Caëp nhieät ñieän

Hoûa keá quang hoïc

Kieåu böùc xaïrieâng phaàn

Kieåu quang hoïc

Kieåu böùc xaï maøu

0 °C ÷ 650 °C

- 200 °C ÷ 650 °C

100 °C ÷ 1200 °C

- 50 °C ÷ 2500 °C

Treân 100 °C

Treân 800 °C

Treân 400 °C

Baûng 2.1 : Phaïm vi ño cuûa caùc loaïi caûm bieán.

2.1.3. Moät soá loaïi caûm bieán thoâng duïng :

2.1.3.1. Caëp nhieät ñieän:

a). Caáu taïo :

+ --

Hình 2.3. Kyù hieäu caëp nhieät ñieän.

Ñaàu ño

Hình treân laø kyù hieäu cuûa caëp nhieät ñieän. Caëp nhieät ñieän coù cöïc döông ñöôïc ñaùnh

maøu ñoû, cöïc aâm khoâng sôn maøu. Cöïc tính cuûa caëp nhieät ñieän phuï thuoäc vaøo vaät lieäu kim

loaïi cheá taïo. Ngoaøi ra coøn sôn caùc maøu khaùc ñeå phaân loaïi caëp nhieät ñieän khi söû duïng.

- Ñoàng - Constantan : sôn maøu naâu.





24

- Saét - Constantan : sôn maøu xanh da trôøi.

- Platin - Platin Rhodi : sôn maøu traéng.

Caëp nhieät ñieän goàm hai sôïi daây kim loaïi khaùc nhau coù moät ñaàu ñöôïc haøn dính

vôùi nhau. Ñaàu haøn dính ñöôïc ñaët ôû nôi caàn ño nhieät ñoä, ñoù chính laø ñaàu ño. Hai ñaàu coøn

laïi cuûa hai daây kim loaïi ñöôïc giöõ ôû nhieät ñoä coá ñònh goïi laø hai ñaàu ra cuûa caëp nhieät ñieän.

Noù seõ taïo ra moät söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo hieäu soá cuûa hai nhieät ñoä cuûa hai thanh

kim loaïi, hai ñaàu naøy ñöôïc noái vôùi boä chæ thò ño.

Khi ta ñoát noùng moái haøn cuûa hai kim loaïi baát kyø naøo thì cuõng ñeàu phaùt sinh ra söùc

ñieän ñoäng giöõa hai thanh. Nhöng trong thöïc teá, taát caû nhöõng kim loaïi, vôùi hôïp kim cuûa

chuùng maø ñöôïc duøng laøm caëp nhieät ñieän caàn phaûi thoûa maõn caùc ñieàu kieän sau :

- Ñoä tinh khieát cao.

- Tính choáng aên moøn toát.

- Ñoä noùng chaûy lôùn hôn moâi tröôøng caàn ño.

- Tính daãn nhieät , daãn ñieän toát.

- Tính laäp laïi toát trong khoaûng thôøi gian daøi.

Ñoä chính xaùc cuûa caëp nhieät ñieän phuï thuoäc vaøo ñoä chính xaùc khi cheá taïo.

b). Nguyeân taéc laøm vieäc :

Ta a

T1 T2

Tb b

Hình 2.4 :Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa caëp nhieät ñieän.

Khi nung noùng moät daây kim loaïi hay moät phaàn cuûa ñoaïn daây, taïi ñoù coù taäp trung

ñieän töû töï do vaø ñieän töû coù khuynh höôùng khueách taùn töø nôi taäp trung nhieàu ñeán nôi taäp

trung ít, nghóa laø ñieän töû khueách taùn töø ñaàu noùng ( + ) sang ñaàu nguoäi ( - ). ÔÛ ñoaïn daây

xuaát hieän moät söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa daây.

Neáu ta duøng hai daây kim loaïi ñoàng chaát noái vôùi nhau qua hai ñieåm coù nhieät ñoä T1

vaø T2 thì trong maïch seõ xuaát hieän hai söùc ñieän ñoäng baèng nhau nhöng nghòch chieàu nhau,

vaø toång söùc ñieän ñoäng baèng 0.





25

Nhöng neáu maïch kín ñöôïc taïo bôûi hai daây daãn khaùc nhau a vaø b thì toång söùc ñieän

ñoäng xuaát hieän trong maïch naøy coù giaù trò khaùc 0 vaø phuï thuoäc vaøo hieäu soá giöõa T1 vaø T2

ôû moái gheùp daây daãn.

Do söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä neân khi moät ñaàu haøn coù nhieät ñoä cao

hôn thì coù söï khueách taùn cuûa caùc electron ôû ñoù lôùn hôn ôû moái haøn kia. Ñieàu naøy laøm cho

söùc ñieän ñoäng ôû moái haøn ñaàu noùng lôùn hôn ôû ñaàu laïnh neân söùc ñieän ñoäng toång khaùc 0.

Ngoaøi ra naêng löôïng electron ôû ñaàu noùng cao hôn ñaàu laïnh neân doøng electron

cuõng theo chieàu ñoù khueách taùn. Ñaàu laïnh tích ñieän aâm, ñaàu noùng tích ñieän döông vaø söï

chuyeån ñoäng cuûa noù aûnh höôûng ñeán chieàu doøng ñieän .

Eab ( T1, T2 ) = Eab ( T2 ) - Eab ( T1 )

Eab ( T1, T2 ) : söùc ñieän ñoäng toång.

Eab ( T2 ) : söùc ñieän ñoäng ôû moái noái coù nhieät ñoä T2.

Eab ( T1 ) : söùc ñieän ñoäng ôû moái noái coù nhieät ñoä T1.

Ngöôøi ta döïa vaøo coâng thöùc treân ñeå cheá taïo caëp nhieät ñieän.

Neáu choïn chuaån ôû 0 °C thì söùc ñieän ñoäng ôû hai ñaàu caëp nhieät ñieän khi laøm vieäc ôû

nhieät ñoä T coù daïng :

E0 ( T ) = A + B.T + CT2 + DT3

A, B, C, D laø caùc haèng soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu cheá taïo.

E0(µV)

t (°C)

Hình 2.5 : Ñaëc tuyeán cuûa caëp nhieät ñieän

Nhö vaäy söùc ñieän ñoäng E0 laø haøm phi tuyeán theo nhieät ñoä. Noùi caùch khaùc ñoä nhaïy

cuûa caëp nhieät ñieän thay ñoåi trong töøng khoaûng ño. Veà maët toaùn hoïc haøm E0 ñöôïc xem

nhö tuyeán tính ñoái vôùi nhieät ñoä khi C, D raát lôùn so vôùi A, B.

Nhö vaäy söùc ñieän ñoäng ñöôïc xem nhö tuyeán tính ñoái vôùi nhieät ñoä trong töøng

khoaûng laøm vieäc naøo ñoù cuûa caëp nhieät ñieän.

c). Phaïm vi laøm vieäc :





26

Phaïm vi söû duïng cuûa caëp nhieät ñieän raát roäng töø - 50 °C ÷ 2500 °C. Caëp nhieät

ñieän ñuôïc söû duïng nhieàu trong caùc duïng cuï ño nhieät ñoä vì noù coù nhöõng öu ñieåm sau :

- Khi ño nhieät ñoä ñeán 700 °C thì ñoä chính xaùc cao.

- Coù theå ño ôû nhöõng vuøng coù theå tích nhoû.

- Khoaûng nhieät ñoä roäng maø ôû ñoù nhieàu chaát khoâng toàn taïi ôû theå raén.

- Coù theå laép ñaët caëp nhieät ñieän trong caùc thieát bò ño töï ñoäng, nhaát laø ño nhieät ñoä

töø xa . . .

Toå chöùc IEC (International Electrotechnical Commission) phaân loaïi caùc caëp nhieät ñieän

nhö sau:

Baûng 2.2 cho bieát caùc loaïi caëp nhieät ñieän vaø caùc thoâng soá cuûa noù.

Caëp nhieät

ñieän

Cöïc nhieät döông Cöïc nhieät aâm Taàm ño(°C) S(µ

V/°

C)

Cu–

Constantan

Loaïi T(reû,

sññ lôùn)

100% Cu Constantan(55% Cu, 45% Ni

)

-330÷660F

-200÷350 C

42,8

Fe–

Constantan

Loaïi J(reû,

sññ lôùn)

100% Fe Constantan (55% Fe, 45%

Ni)

200 ÷ 1400F

95 ÷ 760C

52,3

Loaïi

R(ñaét)

Platinum 13% Rhodium 100% Pt 1600÷2640F

870÷1450C

64

Loaïi B Platinum 30%Rhodium Platinum 6%Rhodium 2500÷3100F

1370÷1700C

Loaïi C W5Re Tungsten 5%

Rhenium

W26Re Tungsten 26%

Rhenium

3000÷4200F

1650÷2315C





27

Loaïi E

(sññ lôùn

nhaát)

Chromel(90%Ni, 10%Cr) Constantan (55% Fe, 45%

Ni)

200÷1650F

95÷900C

Loaïi

K(choáng

oxi hoùa)

Chromel Alumel(95%Ni,

2%Mn,2%Al)

200÷2300F

95÷1260C

40,8

Loaïi N Nicrosil(84,6%Ni+14,2%

G+1,4%Si)

Nisil(95,5%Ni+4,4%Si+1%

Mn)

1200÷2300F

650÷1260C

Loaïi

S(ñaét)

Platinum 10% Rhodium 100%Platinum 1800÷2640F

980÷1450C

6,4

Baûng 2.2 : Caùc loaïi caëp nhieät ñieän vaø thoâng soá.

Thang nhieät ñoä ñöôïc ñaùnh daáu bôûi caùc ñieåm chuaån theo ITS 1948 (International

Temperature Scale).

Khi söû duïng ño taàm heïp coù theå tuyeán tính hoùa ñaëc tính caëp nhieät ñieän theo bieåu thöùc:

TkV ∆= . (2-1)

k: heä soá nhieät, ñôn vò μV/oC.

Baûng thoâng soá chi tieát moät soá loaïi caëp nhieät ñieän (Tham khaûo nguoàn website

:www.pyromatron.com).





28

Hình 2.6 : Hình daïng moät soá Thermocouple (caëp nhieät)vaø RTD(nhieät ñieän trôû)

Hình veõ ñöôïc trích daãn töø saùch [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002.

Neáu daây cuûa caëp nhieät ñieän khoâng ñuû daøi ñeå noái ñeán duïng cuï ño vaø ta duøng

day ñoàng ñeå noái thì soá chæ cuûa duïng cuï ño laø hieäu soá nhieät ñoä ño T vaø nhieät ñoä choã noái

To, nhieät ñoä To khoâng oån ñònh.

Kim loaïi A Ñoàng

V

T Kim loaïi B Ñoàng

Hình 2.7: AÛnh höôûng daây noái

Duïng cuï ño





29

Ñeå khaéc phuïc phaûi duøng day noái daøi cuøng loaïi vôùi vaät lieäu cuûa caëp nhieät ñieän ñeå buø

tröø

nhieät ñoä To, luùc naøy ta coù :

)( 1TTkV −=

Nhieät ñoä T1 oån ñònh vaø ño ñöôïc.

Ñieän aùp töø caëp nhieät ñieän khaù nhoû neân caàn phaûi ñöôïc khueách ñaïi, ngoaøi ra coøn caàn coù

thieát bò ño nhieät ñoä ñaàu laïnh ñeå buø tröø. Maïch buø tröø vaø khueách ñaïi seõ ñöôïc ñeà caäp

trong phaàn sau.

2.1.3.2. Nhieät ñieän trôû :

a). Caáu taïo :

Nhieät ñieän trôû baèng kim loaïi nguyeân chaát hieän nay ñöôïc söû duïng roäng raõi, thoâng

thöôøng ñöôïc cheá taïo döôùi daïng cuoän. Noù ñöôïc quaán vôùi daây nhoû xung quanh moät ñeá

caùch ñieän.

Ñeå baûo veä daây ñieän trôû khoûi hö hoûng vaø khoûi tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng ño, ngöôøi ta boïc

chuùng trong moät oáng baûo veä.

Vaät lieäu ñeå cheá taïo nhieät ñieän trôû ñoøi hoûi nhöõng yeâu caàu sau :

- Heä soá nhieät lôùn.

- Ñieän trôû suaát lôùn.

- Tính oån ñònh cao.

- Tính thuaàn khieát.

Caùc kim loaïi thích hôïp vôùi yeâu caàu treân : Platin, Ñoàng, Niken . . . Trong ñoù Pt

ño tôùi taàm ño roäng. Coøn Cu, Ni duøng cho taàm ño thaáp hôn. Vaøi chaát khaùc nhö Fe,

Tungsten, Molylsden duøng ôû taàm nhieät ñoä giôùi haïn hôn.

Trong thöïc teá, daây kim loaïi ñöôïc duøng laøm nhieät trôû ñöôïc quaán khít nhau treân

oáng söù troøn, deïp hay xuyeán. Ñeå baûo veä chuùng, ngöôøi ta boïc chuùng bôûi thuûy tinh , thaïch

anh.

b). Nguyeân lyù laøm vieäc - Ñaëc tuyeán :

Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa nhieät ñieän trôû döïa vaøo söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû theo

nhieät ñoä cuûa caùc vaät lieäu daãn ñieän, cuoän daây ñieän trôû, hay chaát baùn daãn naèm trong oáng





30

baûo veä ñöôïc truyeàn nhieät töø ngoaøi vaøo. Quan heä giöõa ñieän trôû vaø nhieät ñoä theo coâng

thöùc sau :

R ( T ) = R0 ( 1 + α T + β T2 + γ T3 + . . . ) (2-2)

R ( T ) :Ñieän trôû vaät lieäu ôû T °C.

R0 : Ñieän trôû vaät lieäu ôû 0 ° C.

α, β, γ : Caùc heä soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu

Coù theå söû duïng phöông trình keùm chính xaùc hôn:

)1( 20 BTATRRT ++=

vôùi : A-laø heä soá nhieät döông; B-coù theå aâm hay döông tuøy khoûang nhieät ñoä.

A B

Pt 0,00385/oC 0,59x10-6/oC

Ni 6,17x10-3/oC

Cu 4,27x10-3/oC

Nhieät ñieän trôû ñoàng söû duïng ôû nhieät ñoä döôùi 100oC ñeå traùnh oxyt hoùa. Do ñieän trôû

suaát thaáp ( mΩ= µρ 0172,0 ) neân caàn cheá taïo nhieät ñieän trôû vôùi day nhoû vaø daøi.

Nhieät ñieän trôû nikel coù ñoä phi tuyeán cao, duøng ôû nhieät ñoä nhoû hôn 300oC, coù ñieän trôû

suaát cao hôn ñoàng ( mΩ= µρ 073,0 ).

Nhieät ñieän trôû baïch kim thoâng duïng nhaát, coù ñieän trôû suaát cao( mΩ= µρ 105,0 ), choáng

oxyùt hoùa, coù theå ño trong khoaûng -220oC ÷+850oC, ñoä phi tuyeán khoaûng 0,4% treân

100oC. Trò soá Ro cuûa nhieät ñieän trôû baïch kim thöôøng laø 100; 200; 500; 1000 Ω .

Ñaëc tuyeán nhieät ñoä : phuï thuoäc vaøo kim loaïi laøm nhieät ñieän trôû. Phaàn lôùn nhieät

ñieän trôû kim loaïi coù heä soá nhieät döông, nghóa laø khi nhieät ñoä taêng thì ñieän trôû taêng. Veà

ñaëc tuyeán, luùc ñaàu coù daïng tuyeán tính nhöng khi nhieät ñoä taêng cao thì ñieän trôû R taêng

nhanh hôn laøm cho ñaëc tuyeán coù daïng phi tuyeán hôn. Ñoái vôùi kim loaïi Pt , ôû nhieät ñoä

cao, ñieän trôû taêng chaäm neân coù khoaûng tuyeán tính roäng.





31

R(Ω)

Ni

Pt

t (°C)

Hình 2.8 : Ñaëc tuyeán cuûa nhieät ñieän trôû.

c). Caùc thoâng soá cuûa nhieät ñieän trôû :

+ Ñoä nhaïy S :

Ñoä nhaïy S ñöôïc ñònh nghóa :

0.RdTdRS α==

Trong ñoù, α : heä soá nhieät cuûa nhieät ñieän trôû.

R0 : ñieän trôû ôû nhieät ñoä 0 °C.

+ Heä soá nhieät :

Heä soá nhieät ñöôïc xaùc ñònh nhö sau :

dTdRx

RRS

00

1==α

Heä soá nhieät α phuï thuoäc raát nhieàu vaøo tính ñoàng nhaát cuûa kim loaïi. Heä soá nhieät

α cuûa kim loaïi nguyeân chaát luoân lôùn hôn heä soá nhieät α cuûa hôïp kim cuûa chuùng.

Moät vaøi trò soá α ôû nhieät ñoä phoøng .

αMn = 0,02 . 10-3 / ° C

αFe = ( 2 - 6 ) . 10-3 / °C

αPt = 3,92 . 10-3 / °C

αAu = 4 . 10-3 / °C

αAg = 4,1 . 10-3 / °C





32

αCu = 4,3 . 10-3 / °C

αNi = 6,7 . 10-3 / °C

d). Phaïm vi söû duïng :

Nhieät ñieän trôû kim loaïi thöôøng ñöôïc duøng ñeå ño nhieät ñoä caùc loø phaûn öùng hoùa

hoïc, khí than ñöôøng oáng, noài hôi, loø ñieän trôû, nhieät ñoä phoøng. Trong coâng nghieäp ngöôøi

ta duøng caùc nhieät ñieän trôû sau :

- Nhieät ñieän trôû Ni ñeå ño nhieät ñoä lôùn hôn 200 °C.

- Nhieät ñieän trôû Pt ñeå ño nhieät ñoä töø - 200 °C ÷ 300 °C

Khi söû duïng nhieät ñieän trôû, khoâng neân duøng nhieät ñieän trôû kim loaïi ôû nhieät ñoä

cao quaù hay thaáp quaù, laøm cho cô caáu tinh theå cuûa kim loaïi thay ñoåi. Khoâng neân ñaët

nhieät ñieän trôû nôi quaù aåm, nôi coù chaán ñoäng , rung ñoäng maïnh.

Khi söû duïng caàn chuù yù ñeán nhöõng thoâng soá sau :

- Cöôøng ñoä doøng cho pheùp qua daây ñieän trôû khoâng vöôït quaù 8 mA.

- Thôøi gian maãn caûm nhieät khoâng quaù 10 phuùt.

- Ñoä daøi laøm vieäc toái thieåu cuûa ñaàu ño 150 mm.

- Sai soá cho pheùp toái ña khoâng vöôït quaù trò soá tính ra töø coâng thöùc quy ñònh sau :

Phaïm vi ño nhieät ñoä ( ° C ) Sai soá toái ña cho pheùp

0 ÷ 500 ∆ t = ± [ 0,3 ± 4,5 . 10-3 (t) ]

- 120 ÷ 0 ∆ t = ± [ 0,3 ± 6 . 10-3 (t) ]

Vôùi t : nhieät ñoä cuûa nhieät keá.

∆ t : sai soá cho pheùp.

- Ñoä caùch ñieän giöõa ñieän trôû ño vaø lôùp boïc ngoaøi trong ñieàu kieän nhieät ñoä khoâng

khí ( 20 ± 5 ) °C vaø ñoä aåm 8% khoâng ñöôïc döôùi 20 MΩ .

e)Khi gheùp caûm bieán nhieät trôû vôùi maïch ño seõ coù doøng qua caûm bieán gay ra taêng

nhieät vaø sai soá , do ñoù caàn giôùi haïn doøng naøy.





33

f.Cảm biến PT100 (E52MY-PT10C)

Hình dạng PT100

HHình 2.9: hình dạng của PT100(E52MY)

Thông số kỹ thuật

• Cảm biến nhiệt độ E52MY-PT10C

• Dải đo: 0 - 400 độ C.

• Loại can: DIN PT 100W.

• Chiều dài can: 10 cm

• Cấp chính xác: B.

• Cách điện cho dây dẫn bên trong: ceramic.

• Vật liệu đầu bao dây: Khuôn nhôm đúc màu xanh.

• Vật liệu ống bảo vệ: SUS 316 ống đúc.

• Nhiệt độ môi trường cho đầu đấu dây: 0 - 80 độ C

• Loại dây dẫn: hệ thống 3 dây dẫn

• Tiếp xúc nhiệt: loại không nối đất.

Cách đo PT100

Cảm biến Pt100 cấu tạo bằng dây kim loại platinum dựa trên nguyên tắc thay đổi

điện trở kim loại theo nhiệt độ(phương trình Callendar –van dusen) như sau:

(2-3)

Với: RT: điện trở ở nhiệt độ T R0 = 100 ohms điện trở ở 0oC

α: hệ số nhiệt độ ở T=0oC ( kiểu +0.00385 Ω/Ω/ºC)

δ=1.499( kiểu +0.00385 Ω/Ω/ºC)

β=0 khi T>0

Vôùi baïch kim ta coù caùc trò soá sau :

α 0,00375 0,00385 0,003902

δ 1,60500 1,49990 1,520000





34

β 0,16000 0,10863 0,110000

+Cảm biến Pt100 hoạt động ở 0oC thì

điện trở là 100 ohms.

+Trong khoảng nhiệt độ từ 0-100oC ta

tính như sau: RT=R0(1+0.385%T) (2-

4) với sai số nhiệt độ ±0.5 oC. Tức là

cứ tăng 1oC thì điện trở Pt100 tăng

0.385 Ω

Baûng 2.4: bảng thông số giá trị điện trở và nhiệt độ của Pt100

Ta có ba cách đo Pt100 như sau:

Sơ đồ mạch hai dây:

Hình 2.10 : Sô ñoà hai daây

Sơ đồ mạch 2 dây kết nối theo kiểu cầu Wheatstone.

Ở 0oC thì thì giá trị điện trở của PT100 là RT=100 Ω, nên để cầu Wheatstone cân

bằng thì các điện trở R1, R2, R3 ta chọn là 100 Ω. L là điện trở dây nối. Es là điện áp

nguồn cung cấp, Eo là điện áp ngõ ra.





35

Ta tính được : 2 2( )3 2 2 1

Rg L REo EsRg R L R R

+= −

+ + + (2-5)

Trong trường hợp dây nối dài thì ta dùng sơ đồ 3 dây hay 4 dây để bù trừ điện trở dây nối.

Sơ đồ mạch ba dây:

Sơ đồ 3 dây có độ chính xác cao hơn sơ đồ 2 dây.

Hình 2.11 : Sô ñoà ba daây

Ta tính được : 2( )3 2 2 1

Rg L REo EsRg R L R R

+= −

+ + + (2-6)

Với sơ đồ mạch 3 dây có thể nối dây dài tới 30.48m.

Sơ đồ mạch bốn dây nguốn dòng:

Hình 2.12. Sô ñoà boán daây nguoàn doøng

+Is là nguồn dòng cung cấp cho mạch, Eo là điện áp ngõ ra, L là điện trở dây nối, RT là

cảm biến nhiệt PT100.

+Eo phải có trở kháng cao để ngăn lưu lượng dòng trong điện thế dây dẫn. Mạch 4 dây có

thể sử dụng ở khoảng cách dài hơn ba dây nhưng phải sử dụng máy phát nguồn dòng trong

môi trường nhiễu về điện.

+Sơ đồ bốn dây nguồn dòng cho độ chính xác tốt nhất: .Eo Is RT= (2-7)

2.1.3.3. Nhieät keá baùn daån :

a). Caáu taïo :





36

Ñaây laø loaïi nhieät keá maø phaàn töû nhaïy caûm vôùi söï thay ñoåi nhieät ñoä ñöôïc cheá

taïo baèng chaát baùn daãn thöôøng goïi laø Tec-mix-to ( Thermistor ). Ñaëc ñieåm cuûa Tec-

mix-to laø ñieän trôû cuûa noù bieán ñoåi raát lôùn theo nhieät ñoä. Thaønh phaàn chính cuûa Tec-

mix-to laø boät cuûa caùc oxyt kim loaïi nhö Mangan, Saét, Niken . . . hoaëc caùc hoãn hôïp tinh

theå MnAlO 4, vaø ZnTiO 4. Nhieät keá Tec-mix-to ñöôïc cheá taïo baèng caùch eùp ñònh hình,

sau ñoù nung ñeán treân 1000 °C trong moâi tröôøng oxy hoùa. Vieäc choïn tæ leä boät hoãn hôïp

caùc oxyt hoaëc hoãn hôïp tinh theå vaø moâi tröôøng nung giöõ vai troø quan troïng, noù quyeát ñònh

chaát löôïng cuûa Tec-mix-to . Ñoä tin caäy cuûa Tec-mix-to phuï thuoäc vaøo ñoä tinh khieát

cuûa vaät lieäu cheá taïo.

Nhieät keá Tec-mix-to ñöôïc duøng nhieàu vì coù nhöõng öu ñieåm sau :

- Ñoä nhaïy cao.

- Tính oån ñònh cao, tin caäy.

- Kích thöôùc nhoû vaø hình daïng thích hôïp.

b). Quan heä giöõa ñieän trôû cuûa Tec-mix-to vaø nhieät ñoä :

Söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû R cuûa chaát baùn daãn ( duøng laøm nhieät keá ) theo nhieät

ñoä coù daïng hình cong nhö sau :

R(Ω)

t(°K)

Hình 2.13 : Ñaëc tuyeán R ( T ) cuûa nhieät keá baùn daãn.

Töø ñoù ta thaáy R giaûm nhanh khi nhieät ñoä taêng. Veà maët toaùn hoïc, quan heä giöõa

ñieän trôû R vaø nhieät ñoä ñöôïc bieåu dieãn nhö sau :

R (T) = a . eβ/T (2-8)

Trong ñoù , R (T) : ñieän trôûcuûa chaát baùn daãn ôû nhieät ñoä T ( ° K )





37

a : heä soá nhieät phuï thuoäc kích thöôùc vaø hình daùng.

β : Heä soá phuï thuoäc vaät lieäu cheá taïo (töø 3000 ñeán 50000).

T : nhieät ñoä tuyeät ñoái.

Neáu goïi R0 laø trò soá ñieän trôû cuûa Tec-mix-to ôû nhieät ñoä T0 ( ° K ) thì bieåu

thöùc coù theå vieát döôùi daïng :

)/1/1(0

01.)( TTeRTR −= β (2-9)

Vôùi loaïi Tec-mix-to ño nhieät ñoä thaáp, giaù trò cuûa b trong khoaûng ( 3000 ÷ 5000

), vôùi loaïi Tec-mix-to ño nhieät ñoä cao, b trong khoaûng ( 6000 ÷ 13000 ).

Heä soá nhieät α cuûa Tec-mix-to ñöôïc tính theo bieåu thöùc sau :

2TRdTdR β

α ==

Vôùi moät loaïi vaät lieäu baùn daãn naøo ñoù thì ß laø moät haèng soá, vaø heä soá nhieät α cuûa

Thermistor seõ giaûm khi nhieät ñoä taêng.

Ví duï : Moät loaïi Tec-mix-to coù :

α = - 0,04 ôû 20 °C

α = - 0,016 ôû 3000 ° C

Ñieàu ñoù chöùng toû raèng nhieät ñoä caøng giaûm thì ñoä nhaïy cuûa Tec-mix-to caøng

taêng, ñoù cuõng laø moät öu ñieåm cuûa loaïi nhieät keá naøy.

c). Ñaëc tuyeán ñieän aùp - doøng ñieän ( U - I ) cuûa Tec-mix-to :

Khi ñaët moät ñieän aùp U coá ñònh vaøo hai ñaàu cuûa Tec-mix-to coù ñieän trôû R0 caân

baèng vôùi nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh T0 , thì doøng ñieän I ñi qua seõ ñoát noùng Tec-

mix-to leân nhieät ñoä T. Khi ñoù ñieän trôû Tec-mix-to coù giaù trò laø R ( R < Ro ) vaø tuaân

theo ñònh luaät Ohm :

I

UR =

Vôùi I laø cöôøng ñoä doøng dieän khi ñaõ ñaït ñeán söï caân baèng nhieät.

Cho U bieán thieân ta seõ veõ ñöôïc coâng thöùc theå hieän moái quan heä giöõa nhieät ñoä,

ñieän aùp vaø doøng ñieän nhö hình veõ sau ( Hình 2.8 ). Ñöôøng cong naøy coù moät giaù trò cöïc

ñaïi. Neáu nhieät ñoä moâi tröôøng xung quanh laø T0’ thì ñöôøng cong khaùc vôùi T0.





38

U(V)

(T0)

(T0’)

I(mA)

Hình 2.14 : Ñaëc tuyeán Voân - Ampe cuûa Tec-mix-to.

2.1.3.4. Caûm bieán nhieät ñoä vi maïch

Caûm bieán nhieät ñoä vi maïch cheá taïo töø chaát baùn daãn coù nhieät ñoä tæ leä ñoä C, F

hay K tuøy loaïi. Taàm ño nhieät ñoä giôùi haïn töø -55oC ñeán 150oC, ñoä chính xaùc töø 1oC ñeán

2oC tuøy loaïi.

Sau ñaây laø moä soá caûm bieán cuûa haõng National Semiconductor

Teân Taàm nhieät ñoä Ñoä chính xaùc Tín hieäu ra

LM 34 -50oF÷300oF ±3,0oF 10mV/oF

LM 35A -55oC÷150oC ±1,0oC 10mV/oC

LM 45B -20oC÷150oC ±2,0oC 10mV/oC

LM 135A -55oC÷150oC ±1,3oC 10mV/oK

LM 335A -40oC÷150oC ±2,0oC 10mV/oK

Vi maïch LM35 coù ba daïng voû:





39

+

+ Vo M Vo=10mV/oC

Hình 2.15: Sô ñoà chaân vaø maïch aùp duïng LM335

Buø nhieät ñoä ñaàu töï do caëp nhieät

Ta bieát ñieän aùp treân ñaàu töï do caëp nhieät laø:

)( 0TTVth −= α (2-10)

trong ñoù T laø nhieät ñoä ñaàu ño, T0 laø nhieät ñoä ñaàu töï do (moâi tröôøng), α laø heä soá nhieät

ñieän.

Söû duïng caûm bieán nhieät LM335 vôùi heä soá nhieät 10mV/oK vôùi ñoä K=oC+ 273 ñeå buø tröø

vôùi α T0.

Phaân tích sô ñoà sau:

+ M

Vo + M





40

Hình2.16: Buø nhieät ñoä baäc töï do caëp nhieät

2

3

1

31

421

30

2

3

1

31

421

30

////1)(

////1

RRV

RRV

RRRRTT

RRV

RRV

RRRRVV

ref

refth

−−

+−=

−−

+=

α

))(2,273(10 01 mVTV +−=

2

3

1

3

1

30

2

421

30

421

30

732,210

////1

////1

RRV

RR

RRT

RRRRT

RRRRTV

ref−++

+−

+=

−

αα

Choïn nguoàn chuaån laø IC oån aùp LM 329A coù Vref=6,9V, heä soá nhieät 10 ppm/oC=0,069

mV/oC.

Giaû söû ta muoán V0= 10 mV/oC.

Choïn α

αα 1001

.100////10

////1 3

421

2

421

3

−=→=+

− RRRRRRR

R

Vaø: 09,6732,210////

12

3

1

3

1

30

2

421

30 =−++

+− −

RR

RR

RRT

RRRRTα





41

Hay:

39,2100

19,6

732,2100

2001

;525,2;732,29,6

114

13122

−=

−−

=

===

ααα

RRR

RRRRR

Trò soá R4 theo R1:

J

T

0,00530R1

0,00430R1

K

S

0,00410R1

0,000640R1

Ta coù sô ñoà sau:

Hình 2.17 . Sô ñoà buø nhieät baäc töï do caëp nhieät (National Semiconductor)

-Bieán trôû R2 duøng ñeå chænh CmVCV oo /10/ =∆∆ .

- Bieán trôû R1 chænh heä soá nhieät cuûa LM 335.

-Bieán trôû R3 chænh ñeå trieät tieâu ñieän aùp ôû 0oC.

Caùch chænh nhö sau :

-Ñaët tín hieäu vaøo ngoõ coäng cuûa OPAMP thay cho caëp nhieät ñieän chænh R4 ñeå ñoä lôïi laø

1/100α tuøy loaïi caëp nhieät ñieän.

-Noái taét ngoõ vaøo coäng cuûa OpAMP vaø hai ñaàu LM329A.





42

-Ñieän aùp treân ngoõ ra OPAMP phaûi laø : (273,2 +To).10(mV) ôû To=25oC ta ño ñöôïc

2,982V, chænh ñuùng nhôø R1.

-Boû noái taét treân LM329A, ñieän aùp ra OPAMP laø:

10To(mV)=250mV, chænh R3 ñeå ñaït trò soá naøy.

-Ñöa caëp nhieät vaøo, maïch saün saøng ñeå söû duïng, chuù yù laø LM335 phaûi ñaët saùt ñaàu töï do

cuûa caëp nhieät.

Maïch ño nhieät ñoä duøng caëp nhieät ñieän loaïi K:

Khối cảm biến nhiệt

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.18

Caûm bieán nhieät duøng thermocouple loaïi K coù ñoä nhaïy laø 40µV/0C, raát tuyeán

tính.

Maïch gia coâng caàn thöïc hieän 3 chöùc naêng sau : buø nhieät cho ñaàu töï do, khueách ñaïi, vaø

taïo ñieän aùp ra laø 0V khi ño ôû 00C. Xeùt maïch treân :

+5V

-5V

-5V

-5V

+5V

+5V

+5V

-5V

+5V

+5V

+

-

U7OP073

26

7 14 8

+

-

U9OP073

26

7 14 8

+

-

U10OP07

3

26

7 14 8R12

VR10K

13

2

+ C1410u

R132.2K

U12LM335

3

1

2 R14VR10K

13

2 + C1510u

+ C1610u

R15 100

R16 100

R17 27K

R22

27K

R23

VR10K

R24 VR10K

J2

ANALOG OUT

12

+

-

U8OP073

26

7 14 8

R113M

V1

V2

V3+

-

Thermocouple

Vout





43

• U7, U8, U9 (duøng OP07 cho offset thaáp) ñoùng vai troø moät boä ñeäm ñieän aùp lyù

töôûng : coù trôû khaùng vaøo raát lôùn vaø trôû khaùng ra raát nhoû, khoâng ñeå caùc ñaàu vaøo

aûnh höôûng laãn nhau.

• Ñieän aùp ra treân thermocouple :

V3 = S(Td – Ta) = S.Td – S.Ta

Vôùi : Td laø nhieät ñoä caàn ño.

Ta laø nhieät ñoä moâi tröôøng.

S laø ñoä nhaïy cuûa thermocouple (40µV/°C).

Nhö vaäy laø giaù trò ñieän aùp ra treân caëp nhieät ñieän ngoaøi nhieäm vuï mang thoâng tin cuûa

nhieät ñoä caàn ño coøn bò aûnh höôûng bôûi nhieät ñoä moâi tröôøng.

Ñeå loaïi tröø aûnh höôûng treân, ta caàn phaûi coù moät khoái taïo ra ñieän aùp theo nhieät ñoä moâi

tröôøng nhöng coù daáu ngöôïc laïi ⇒ duøng IC caûm bieán LM335A.

• IC LM335A laø loaïi caûm bieán nhieät ñoä baùn daãn, coù ñoä nhaïy laø 10mV/°K. Aùp taïo

ra do LM335A caûm bieán ñöôïc laø :

V2 = K.Ta [°K] = K(273 + Ta) [°C]

= K.273 + K.Ta = C + KTa (C = K.273)

vôùi K = 10mV/°K; C = 2,73V

⇒ coù theå trieät tieâu aûnh höôûng cuûa Ta, nhöng laïi taïo ra moät möùc ñieän aùp laø 2,73V

ôû 0°C neân caàn phaûi coù moät khoái ñeå tröø 2,73V nhaèm taïo ñieän aùp ñaàu ra laø 0V ôû 0°C.

• Bieán trôû R12 chính laø thaønh phaàn buø tröø ñieän aùp 2,73V nhö ñaõ noùi ôû treân.

• U10 (duøng OP07) ñoùng vai troø boä coäng coù khueách ñaïi, ñieän aùp ra cuoái cuøng laø :

( )[ ] 115

2322163

2417216//2417

1523221 V

RRR

RV

RRVRRR

RRRVout

+−

+

++

+

+=





44

( )[ ] −

−+

++

++

+

+=⇒16.

16.

2417.

241716//2417

1523221

RTS

RTS

RRTK

RRCRRR

RRRV ada

out

115

2322 VR

RR +−

Khoâng bò aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä moâi tröôøng :

2504010

1624170

16.

2417.

===+

⇒=−+ V

mVSK

RRR

RTS

RRTK aa

µKΩ

choïn R16 = 100Ω ⇒ R17 + R24 = 25KΩ ⇒ choïn R17 = 22KΩ vaø R24 laø bieán trôû 10KΩ.

Khi ñoù caàn ñieàu chænh R24 ñeå trieät tieâu Ta.

Trieät tieâu ñieän aùp tónh (2,73V) :

( )[ ] 0115

23222417

16//241715

23221 =+

−

++

+

+ VR

RRRR

CRRRR

RR

vôùi (R17 + R24)//R16 = (25KΩ)//(100Ω) = 99,6Ω

)1(285,32173,2

285,32173,21

152322:

115

232232000

73,26,9915

23221

=

−

+

+=

+

+⇒

VR

RRhay

xVR

RRxxR

RR

khi ñoù, ñieän aùp ra laø :

( )[ ]16.

16//241715

23221R

TSRRRR

RRV dout +

+

+=

Trường hợp Vout đ ược đưa vào ngõ vào của ADC 12 bit: ñieän aùp naøy ñöôïc ñöa tröïc tieáp

vaøo ADC 12-bit (ICL7107) neân caàn phaûi coù moät söï töông thích veà ñoä phaân giaûi :

ADC 12-bit coù 4096 möùc.

Ñieän aùp vaøo toái ña = 4,096V

⇒ 1LSB = 4,048V/4096 = 1mV

Ñieàu khieån ñeán 409,6°C :





45

⇒ 1LSB = 409,6/4096 = 0,1°C

töùc moãi khi taêng 0,1°C thì ñieän aùp ra taêng 1mV :

( )[ ]

25015

232225115

23221

100688,99

1616//)2417(:

116.1,016//2417

1523221

=+

⇒=+

+⇒

=+

=+

+

+

RRR

RRR

RRRRdo

mVR

SRRRR

RR

choïn R15 = 100Ω ⇒ choïn R22 = 22KΩ; R23 laø bieán trôû 10KΩ.

Chænh R23 cho ñoä phaân giaûi.

Thay vaøo (1) :

mVVVx 5,81285,32173,2

285,32173,21250 =⇒=

−

V1 ñöôïc taïo ra töø caàu chia ñieän aùp R11 = 3MΩ vaø R12 laø bieán trôû 10KΩ.

⇒ caàn chænh R12 ñeå V1 ñaït 8,5mV

• Caùc tuï C14, C15, C16 choïn giaù trò 10µF ñeå choáng nhieãu.

2.1.3.5. Nhieät keá theo nguyeân taéc giaõn nôû :

Ñaây laø moät loaïi duïng cuï ño nhieät ñoä ñöôïc cheá taïo döïa treân tính chaát giaõn nôû khi

nhieät ñoä taêng vaø co laïi khi nhieät ñoä giaûm cuûa moät chaát hay hai chaát khaùc nhau ( coù theå laø

hai chaát raén, chaát raén - chaát loûng, chaát raén - chaát khí . . . )

a). Nhieät keá löôõng kim :

Nhieät keá löôõng kim ñöôïc cheá taïo baèng hai laù kim loaïi coù heä soá giaõn nôû daøi

khaùc nhau. Hai laù kim loaïi naøy ñöôïc noái lieàn nhau baèng caùch haøn hoaëc caùn ñaëc bieät

thaønh moät thanh löôõng kim vaø ñöôïc giöõ coá ñònh moät ñaàu, coøn ñaàu kia giaõn nôû vôùi moät

kim chæ thò. Khi nhieät ñoä taêng, do söï giaõn nôû daøi khaùc nhau cuûa hai kim loaïi neân thanh

löôõng kim bò uoán cong veà moät phía. Nhôø baûng chia ñoä ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm,

ta ñoïc ñöôïc trò soá nhieät ñoä.

b). Nhieät keá giaõn nôû chaát raén :





46

Ta bieát raèng moät vaät ñeàu chòu aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä : nôû ra khi noùng vaø co

laïi khi laïnh. nhö moät thanh kim loaïi coù chieàu daøi l0 ôû nhieät ñoä ban ñaàu seõ giaõn ra moät

ñoaïn ∆ l khi taêng nhieät ñoä leân moät löôïng ∆t vaø moät soá ñaêc tröng cho moãi kim loaïi

theo quan heä:

∆ l = δ l0 x ∆ t

Vôùi δ : ñaëc tröng cho töøng kim loaïi ôû moät khoaûng nhieät ñoä xaùc ñònh

Chieàu daøi cuûa thanh kim loaïi ñöôïc tính baèng caùch sau :

l t = l0 + δ l0 ∆ t = l0 [ 1 + δ ( t - t0 ) ] (2-11)

t = t - t0 : ñoä cheânh leäch giöõa nhieät ñoä ban ñaàu vaø nhieät ñoä kim loaïi khi

taêng nhieät.

Neáu choïn t0 = 0 °C heä thöùc treân thaønh :

lt = l0 ( 1 + δ t ) (2-12)

Khi ñoù δ chính laø heä soá giaõn nôû daøi cuûa kim loaïi.

Döïa vaøo tính giaõn nôû cuûa kim loaïi vaø nhaát laø nhôø cheá taïo ñöôïc nhöõng hôïp kim

vaø kim loaïi coù ñoä tinh khieát cao, neân ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc nhieàu nhieät keá duøng trong

coâng nghieäp coù ñoä chính xaùc baûo ñaûm yeâu caàu.

c). Nhieät keá chaát loûng :

Nhieät keá chaát loûng laø duïng cuï ño nhieät ñoä ñöôïc duøng nhieàu nhaát, raát thoâng

duïng

hieän nay. Nguyeân taéc laøm vieäc cuûa noù döïa treân söï giaõn nôû cuûa chaát loûng khi bò ñoát noùng

vaø co laïi khi laøm nguoäi. Chaát loûng thöôøng ñöôïc duøng laø thuûy ngaân ( Hg ) vaø röôïu . . .

Chaát loûng ñöôïc duøng phaûi coù ñoä tinh khieát cao, khoâng coù taùc duïng hoùa hoïc vôùi bình

chöùa, khoâng bò bieán chaát theo thôøi gian vaø coù heä soá giaõn nôû oån ñònh.

2.1.3.6. Hoûa keá quang hoïc :

Ñaây laø teân goïi chung ñeå chæ duïng cuï ño nhieät ñoä baèng caùch duøng heä thoáng kính

quang hoïc ñeå thu laáy caùc tia böùc xaï cuûa vaät theå roài caên cöù vaøo ñoù theo ñoä böùc xaï ñeå xaùc

ñònh nhieät ñoä cuûa vaät theå böùc xaï.





47

Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa hoûa keá quang hoïc laø döïa treân caùc hieän töôïng böùc xaï

cuûa caùc vaät theå ñen ôû nhieät ñoä cao. Vaät theå ñen laø moät vaät haáp thuï hoaøn toaøn taát caû caùc

böùc xaï nhaän

ñöôïc.

Hieän nay trong coâng nghieäp, ngöôøi ta söû duïng raát nhieàu loaïi hoûa keá nhö : hoûa keá

böùc xaï, vi sai, ño maøu, töï ghi, nhieät ngaãu . . . nhöng thöôøng duøng caùc loaïi sau :

- Neáu hoûa keá tieâu thuï hoaøn toaøn naêng löôïng böùc xaï cuûa vaät theå : goïi laø hoûa keá böùc

xaï toaøn phaàn.

- Neáu chæ ño ñoä böùc xaï ñôn saéc treân moät böôùc soùng nhaát ñònh cuûa chuøm tia böùc xaï

: goïi laø hoûa keá quang hoïc hay böùc xaï rieâng phaàn.

- Neáu coù duøng theâm teá baøo quang ñieän ñeå thu laáy cöôøng ñoä tia böùc xaï thì ñoù laø

hoûa keá quang ñieän.

Ngoaøi caùc loaïi nhieät keá keå treân ngöôøi ta coøn duøng caùc phöông phaùp khaùc ñeå ño

nhieät ñoä nhö :

- Thaùp ño nhieät ñoä.

- Buùt chì kieåm nhieät.

- Vieàn kieåm nhieät.

- Vecni kieåm nhieät.

- Söû duïng maøu saéc ñeå ño nhieät ñoä.

- Ño nhieät ñoä baèng ñieåm Curie.

2.2.CAÛM BIEÁN LÖÏC VAØ TROÏNG LÖÔÏNG Löïc ñöôïc ñònh nghóa laø :

amF .= (2-13) Coøn troïng löôïng laø : gmP .= (2-14) Trong ñoù : m laø khoái löôïng cuûa vaät (kg). a : gia toác cuûa vaät (m/s2); g: gia toác troïng tröôøng =9,81 (m/s2) F: löïc taùc ñoäng leân vaät m gaây ra gia toác ñôn vò (N) P : löïc gaây ra bôûi söùc huùt traùi ñaát leân vaät (kgf) 1 N= 1 kgm/s2; 1 kgf= 9,81 N Kyõ thuaät ño löïc/troïng löôïng raát ña daïng, thöôøng döïa vaøo caùc nguyeân taéc sau : -Caân baèng: caân baèng löïc muoán ño vôùi löïc ñaõ bieát(quaû caân, löïc loø xo). -Bieán daïng : ño bieán daïng cuûa moät vaät döôùi taùc duïng cuûa löïc(straingage, aùp ñieän). -Di chuyeån : ño söï di chuyeån cuûa vaät suy ra löïc. -Gia toác : ño gia toác suy ra löïc.





48

2.2.1. Strain gage Strain gage hay ñieän trôû tenxô hoaït ñoäng döïa treân söï thay ñoåi ñieän trôû khi bieán daïng:

(2-15)

DdD

ldld

AdA

ldld

RdR 2

−+=−+=ρρ

ρρ

trong ñoù ρ : ñieän trôû suaát; l- chieàu daøi;A-tieát dieän;D-ñöôøng kính daây.

dll

DdD

dlld

dll

RdR 21.. −+=

ρρ

trong ñoù ldl : goïi laø öùng suaát doïc aε ;

DdD -laø öùng suaát ngang tε

dll

DdD . - tyû soá Poisson;

dll

RdRv at .;/ εε= -heä soá gage G

vldlG

a

211. −+=ε

Giaù trò cuûa G cho bôûi nhaø saûn xuaát

aGRldlRGdR

dll

RdRG ε.. ==→=

Strain gage thöôøng cheá taïo töø kim loaïi, baùn daãn G thay ñoåi tuøy theo vaät lieäu Constantan Vaät lieäu Thaønh phaàn Heä soá gage Constantan 45%Ni; 55%Cu 2,05 Nickel-chrome 3,5 Platinum-tungsten 92%Pt;8%W 4,50 Baùn daãn 150 Strain gage thöôøng cheá taïo töø kim loaïi döôùi daïng moät maïng löôùi daây moûng ñöôøng kính khoaûng 20µm ñaët giöõa hai lôùp baûo veä caùch ñieän hoaëc döôùi daïng löôùi maøng in treân ñeá baèng phöông phaùp quang. Strain gage baùn daãn cheá taïo töø silicon loaïi n hay p (caûm bieán aùp löïc). Ñieän trôû strain gage töø 100 Ω ñeán 1000 Ω . Muoán ño bieán daïng ta daùn strain gage leân vaät chòu öùng löïc vaø ño söï thay ñoåi ñieän trôû.

AlR ρ=





49

Hình 2.19 : Hình daïng strain gage 2.2.2. Ño löïc vaø troïng löôïng baèng Strain gage Löïc hay troïng löôïng caàn ño taùc duïng vaøo moät khoái kim loaïi ñaøn hoài laøm bieán daïng khoái ñoù. Baèng caùch daùn caùc strain gage vaøo vaät ñaøn hoài ta ño ñöôïc bieán daïng töø ñoù suy ra löïc/troïng löôïng. Caùc nhaø saûn xuaát cheá taïo loadcell duøng cho muïc ñích naøy. Khoái ñaøn hoài cheá taïo baèng nhoâm hay theùp khoâng ræ ñaõ ñöôïc xöû lí ñaëc bieät, treân ñoù daùn boán strain gage laøm töø laù kim loaïi moûng raùp theo kieåun caàu.

Hình 2.20 : Loadcell 2 strain gage tích cöïc Khi neùn/keùo ñieän trôû cuûa strain gage 1 vaø 4 giaûm/taêng, coøn ñieän trôû strain gage 2, 3 khoâng ñoåi, duøng ñeå caân baèng caàu vaø buø aûnh höôûng nhieät ñoä.





50

Hình 2.21: Loadcell 4 strain gage tích cöïc

Trong maïch caàu coù theå coù töø moät ñeán boán strain gage tích cöïc. Ta tìm bieåu thöùc

cuûa ñieän aùp ra caàu trong tröôøng hôïp boán strain gage tích cöïc, trong hình R laø ñieän trôû ban ñaàu cuûa strain gage khi chöa bò taùc duïng löïc ño. Coù theå chöùng minh laø maïch töông ñöông giöõa A vaø B ñöôïc chæ ra ôû hình sau. Ñieän trôû töông ñöông nhìn töø AB laø:

21

2

ss RRRRRRout

++∆

−= (2-16)

Nguoàn töông ñöông:

21 ssSAB RRR

RVV++

∆= (2-17)

21

2

ss RRRRRRout

++∆

−=





51

A

21 ss RRR

R++

∆

B

Hình 2.22: Maïch ñieän loadcell vaø maïch töông ñöông. Tæ soá ΔRmax/R raát nhoû khoaûng 2à3 phaàn ngaøn neân ñieän trôû töông ñöông nhìn töø AB coù theå xem laø R. Neáu RL lôùn thì aùp ra cuûa loadcell tyû leä vôùi ΔR.

Tröôøng hôïp coù RL thì :

L

L

ss

SAB RR

RRRR

RVV+++

∆= .

.

21

(2-18)

Nhö vaäy aùp ra vaãn tyû leä thuaän vôùi ΔR. Neáu noái song song caùc ñaàu ra cuûa load cell, giaû söû ba loadcell, ta coù :

3213

33

2

22

1

11 //// RRR

RRk

RRk

RRkV

∆+

∆+

∆=Σ (2-19)

Giaû söû caùc loadcell gioáng nhau:

3)( 321 RRRkV ∆+∆+∆

=Σ

Ñieän aùp ra laø trung bình coäng ñieän aùp ra cuûa load cell. Cho mạch strain gage cầu Wheatstone sau (Hình 2.23): dùng 1 gage với ε:

strain gage, R: điện trở. Hình 2.23a

Giá trị Vo đo được:

io VG

GV ..24 εε

+= .

Cho m ạch strain gage c ầu Wheatstone sau : dùng 2 gage v ới ε: strain gage, R: đi ện tr ở.





52

b) Giá trị Vo đo được:

io VG

GV .2 ε

ε+

=

Cho m ạch strain gage c ầu Wheatstone sau : dùng 4 gage v ới ε: strain gage, R: đi ện tr ở.

c) Giá trị Vo đo được:

io VGV ε= Thí duï : Xem xeùt strain gauge niken-croâm coù ñieän trôû 350 ohm (G=2) laøm vieäc ôû 1000 microstrain. Möùc ngoõ ra ñaït ñöôïc bao nhieâu töø maïch ño löïc duøng caàu Wheatstone vôùi 1 gage, 2 gage vaø 4 gage tích cöïc ôû 10V ? Giaûi : a. 1 gage

mVx

xxxx

xx

VxG

xGV i

995,4)001,1(4

201044

20

10101000224

10100021024

10

3

6

3

6

3

0

=

=+

=

+=

+=

−

−

−

−

−

εε

b. 2 gage :





53

mVx

xxx

xx

VxG

xGV i

98,91042

20

1010100022

1010002102

10

3

6

3

6

3

0

=+

=

+=

+=

−

−

−

−

−

εε

c. 4 gage :

mVxxx

VxGV i

20101010002

103

30

==

=−

−ε

Hình 2.24 laø hình daïng hai loaïi loadcell thoâng duïng vaø thoâng soá loadcell

a)Model OSBK series shear beam loadcell (200kg-10t) b)Model DBBP/DBBPU series S-Beam loadcell (20kg-5t) Model DBBP/DBBPU BONGSIN(Korea) Löïc danh ñònh Rated Capacity (RC) 20, 50, 100, 200, 500 kg, 1, 2, 3, 5 T Ñieän aùp ra Rated Output 3 mV/V ±0,5% Phi tuyeán Nonlinearity ≤0,03%RO Hysteresis ≤0,03%RO Ñoä khoâng laëp laïi Non Repeatability ≤0,02%RO Ñoä leäch khoâng Zero offset ≤1%RO Heä soá nhieät treân RO ≤0,1 LOAD/10oC Heä soá nhieät treân ñoä leäch khoâng ≤0,05 %/RO/10oC Ñieän trôû vaøo 350±3,5 Ω Ñieän trôû ra 350±3,5 Ω Ñieän aùp n guoàn 10 VDC /Max 15 VDC Quaù taûi cho pheùp 150% RO





54

Hình 2.24. Hình daùng hai loaïi loadcell vaø thoâng soá. CAÛM BIEÁN LOAD CELL MODEL 1024. v Hình daïng.

v Ñaëc tính: § Giôùi haïn ño: 1g – 10kg. § Caáu taïo ñöôïc saûn xuaát töø kim loaïi nhoâm.

v Kích thöôùc.





55

v Thoâng soá kyõ thuaät.

Hình 2.25 Hình daùng loaïi load cell vaø thoâng soá.

2.2.3. Caûm bieán aùp ñieän Caùc tinh theå nhö quartz, tourmaline, sulfate, muoái Rochell phaùt sinh ñieän aùp khi

chòu taùc ñoäng cuûa löïc goïi laø hieäu öùng aùp ñieän, ñöôïc söû duïng laøm caûm bieán aùp ñieän ñeå ño löïc hay ñoä rung.





56

F V a)

Hình 2.26: Caûm bieán aùp ñieän Ñieän tích sinh ra do löïc F laø :

ρkAkFQ == (2-20) trong ñoù : k- haèng soá aùp ñieän; A-dieän tích ; ρ -aùp suaát. Ñieän aùp ra: V=KF=vt ρ (2-21) Vôùi : v-laø ñoä nhaïy ñieän aùp; t- beà daøy baûn tinh theå. Trong hình laø caûm bieán aùp ñieän goàm moät khoái nhoû ñöôïc eùp bôûi loø xo taïo löïc leân tinh theå aùp ñieän. Khi voû cuûa caûm bieán rung, löïc cuûa khoái taùc ñoäng leân tinh theå tyû leä vôùi gia toác di chuyeån, do ñoù ñieän aùp ra cuûa tinh theå tyû leä vôùi gia toác . Öu ñieåm cuûa tinh theå aùp ñieän laø goïn, raén chaéc coù ñoä nhaïy cao vaø taàn soá hoaït ñoäng cao. Vôùi thaïch anh ñoä nhaïy aùp laø 0,055Vm/N coøn haèng soá ñieän aùp 2,25x10-12 Coulomb/Newton. Neáu aùp suaát 50 psi ñöôïc ñaët vaøo tinh theå thaïch anh daày 0,1 Mcr thì ñieän aùp ra laø 48,1 V.





57

H2.27

Chuù yù, tinh theå chæ phaùt sinh ñieän aùp ôû traïng thaùi ñoäng nghóa laø löïc taùc duïng phaûi thay ñoåi. Do ñaëc tính toång trôû ra cao cuûa tinh theå aùp ñieän, thöôøng duøng sô ñoà khueách ñaïi ñeäm ñeå xöû lí ñieän aùp töø caûm bieán. 2.2.4.ÖÙng duïng cuûa caûm bieán löïc trong thöïc teá a. Trong lónh vöïc kieåm ñònh xaây döïng -Thí nghieäm cöôøng ñoä phaù vôõ beâ toâng Maùy neùn maãu beâ toâng cuûa haõng Tecnotest-YÙ.

Caûm bieán löïc ñöôïc ñaët treân taám neùn cuûa maùy neùn beâ toâng 200 taán nhö hình. Khi heä thoáng thuûy löïc vaän haønh laøm cho taám neùn ôû beân döôùi naâng leân ,trong khi ñoù taám neùn ôû phía treân maãu beâ toâng seõ coá ñònh ñaët treân ñoù laø caûm bieán löïc. Heä thoáng thuûy löïc seõ neùn maãu beâ toâng cho ñeán khi khoái beâ toâng phaù vôõ.

Tín hieäu töø caûm bieán löïc seõ truyeàn ñeán boä hieån thò kyõ thuaät soá, vaø hieån thò löïc chòu taûi cuûa beâ toâng. Caûm bieán löïc duøng trong maùy neùn cuûa haõng Tecnotest-YÙ. -Thí nghieäm cöôøng ñoä phaù vôõ xi maêng Maùy neùn xi maêng cuûa haõng Tecnotest – YÙ. Caùch laép ñaët vaø boá trí thuûy löïc cuûa maùy neùn xi maêng 25 taán. Nhöõng boä phaän hieån thò löïc cuûa maùy neùn laø baèng ñoàng hoà. Vì vaäy caûm bieán löïc seõ truyeàn tín hieäu ñieän thaønh aùp löïc ñeå taùc ñoäng leân ñoàng hoà ño löïc cuûa maùy neùn, chæ thò keát quaû löïc caàn ño. b. Trong lónh vöïc coâng nghieäp -Thieát bò caân trong phoøng thí nghieäm Thieát bò caân trong phoøng thí nghieäm.

Lónh vöïc naøy öùng duïng raát nhieàu caûm bieán löïc. Vì trong baát cöù phoøng thí nghieäm naøo thì cuõng phaûi duøng caân ñeå xaùc ñònh khoái löôïng caùc maãu thí nghieäm. Ngoaøi ra coøn duøng ñeå caân ñoä aåm cuûa caùc saûn phaåm caàn kieåm tra. -Heä thoáng caân coâng nghieäp Trong caùc nhaø maùy saûn xuaát, vieäc laép ñaët caùc caûm bieán löïc ñeå caân xe vaøo/ra nhaø maùy raát caàn thieát.





58

Heä thoáng caân naøy goàm nhieàu caûm bieán löïc khaùc nhau, thöôøng thì goàm 4 caûm bieán gaén ôû 4 goùc cuûa baøn caân; hoaëc 6 caûm bieán : 4 caûm bieán löïc gaén ôû 4 goùc vaø theâm 2 caûm bieán nöõa gaén ôû giöõa. Boä xöû lí tín hieäu : khi tín hieäu truyeàn töø caûm bieán veà, seõ coù moät boä coäng taát caû caùc tín hieäu caûm bieán löïc laïi. Tín hieäu toång coäng seõ ñöôïc truyeàn ñeán boä hieån thò gía trò troïng löôïng/löïc maø ñoái töôïng caân taùc ñoäng leân. c. Trong lónh vöïc y hoïc Ngöôøi ta duøng caûm bieán löïc loaïi aùp ñieän raát nhieàu. Caûm bieán treân duøng ñeå ño caùc löïc taùc ñoäng raát nhoû leân caûm bieán. Vì vaäy caûm bieán coù ñoä nhaïy raát cao. Thí duï nhö : thieát bò ñieän taâm ñoà.. Tham khaûo nguoàn website: http://www.Isotech.de Vaø http://www.ni.com (haõng National Instruments-USA) 2.3. CAÛM BIEÁN DÒCH CHUYEÅN vaø KHOAÛNG CAÙCH

Dòch chuyeån khoaûng caùch coù theå duøng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau nhö : strain gage, aùp ñieän, bieán aùp vi sai, quang ñieän, sieâu aâm,.. 2.3.1. Bieán aùp vi sai LVDT Bieán aùp vi sai goàm cuoän sô caáp vaø hai cuoän thöù caáp quaán treân loõi hình truï, trong loõi coù moät doøng ferrite di chuyeån töï do. Cuoän sô caáp ñöôïc cung caáp aùp kích thích xoay chieàu, hai cuoän thöù caáp ñöôïc ñaáu noái tieáp ngöôïc chieàu cung caáp ñieän aùp ra, bieân ñoä vaø pha tuøy thuoäc khoûang di chuyeån cuûa noøng.

Hình 2.28

Ñieän aùp xoay chieàu Vo voù bieân ñoä tyû leä vôùi khoaûng caùch dòch chuyeån x coøn goùc pha phuï thuoäc höôùng leach so vôùi vò trí can baèng. K=V0/Vi x Khoaûng tuyeán tính





59

Hình 2.29

Thoâng soá caûm bieán: Maõ hieäu : D5M-10. Taàm ño : 10 mm. Taàm di chuyeån cô : khoaûng 12 mm. Vaän toác toái ña cho pheùp : 0,3m/s max. Taàm chænh offset :±0,05 mm. Löïc taùc ñoäng : 600 gf(8,34 oz-inch) max. Tín hieäu ra : 4 to 20 mA(max, load impedance : 3000Ω max. Ñoä laëp laïi : 10 µm minimum. Ñoä tuyeán tính : ±0,5%FS max.

Hình 2.30. Caûm bieán LVDT 5M vaø khueách ñaïi.

Trong khoaûng hoaït ñoäng tuyeán tính coù theå vieát (h2.29): ii xvkvv α==0 (2-22)

vôùi α laø heä soá tæ leä; x laø ñoä dòch chuyeån so vôùi vò trí can baèng. Ñieän aùp xoay chieàu caáp cho cuoän sô saáp khoaûng 3à 15V, taàn soá 50à 20 Khz. Ñieän aùp v0 ñöôïc ñoåi thaønh tín hieäu moät chieàu nhôø boä nhaân vaø loïc thoâng thaáp. Vi V1 Vi V0 Vdc A)

Nhaân X

Loïc thoâng thaáp





60

x i V0 i Vi i Vα i b)

Hình 2.31 Ta coù 2

1011 ii vkkvvkv == (2-23)

Vôùi 2

2cos1sin

sin

21

2211

tvkktvkkv

tvvi

ϖϖ

ϖ

−==

= (2-24)

Sau khi qua loïc thoâng thaáp ta ñöôïc ñieän aùp moät chieàu Vdc tyû leä vôùi ñoä dòch chuyeån.

Bieán aùp vi sai thöôøng duøng ñeå ñoåi dòch chuyeån ra ñieän aùp ñoä phi tuyeán 0,2% caû taàm, khoâng bò aûnh höôûng nhieät ñoä, ñieän aùp ra lôùn, taàm ño roäng (± 70 cm). Khuyeát ñieåm laø troïng khoái cuûa noøng coù theå aûnh höôùng ñeán ñoä chính xaùc ño. 2.3.2. Encoder Encoder thöôøng duøng ñeå ño goùc quay, coù hai loaïi encoder laø encoder taêng vaø encoder tuyeät ñoái. Caû hai döïa treân nguyeân taéc caûm bieán aùnh saùng vôùi moät ñóa coù khaéc vaïch saùng toái quay giöõa nguoàn saùng vaø phototransistor.





61

Encoder taêng : coù ba ñaàu ra A, B, Z. Hai ñaàu A, B phaùt ra n xung khi ñóea quay moät voøng coøn ñaàu Z phaùt ra 1 xung/voøng. 360o A 90o B Z a)Cuøng chieàu kim ñoàng hoà b)Ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà Nguoàn Ñoû 5v à 12V A traéng B laù caây Z vaøng Mass Ñen c) A CK B U/D CL d)

Hình 2.32 Xung A sôùm pha 90o so vôùi xung B khi quay theo chieàu kim ñoàng hoà (H2.32a) vaø treã pha 90o khi ñóa quay ngöôïc chieàu kim (H2.32b). Encoder coù 5 daây, ngoõ ra A, B, vaø Z thöôøng laø cöïc thu hôû, soá xung/voøng coù theå leân ñeán 20000(H2.32c). Moät soá encoder coù ngoõ ra vi sai A, /A, B, /B, C, /C duøng ñeå choáng nhieãu treân ñöôøng truyeàn.

Maïch ñieän

Ñònh chieàu Ñeám thuaän nghòch





62

Tín hieäu töø encoder thöôøng qua boä ñeám thuaän nghòch hay duøng cheá ñoä high speed counter cuûa PLC ñeå ño goùc quay(H2.32d). Encoder tuyeät ñoái : cho trò soá nhò phaân cuûa goùc quay töø 0o ñeán 360o so vôùi vò trí goác. Ñoä phaân giaûi 8 bit, 12 bit daïng BCD, maõ Gray hay nhò phaân, ngoõ ra cöïc thu hôû. Nguoàn Ñoû 5v à 12V n ngoõ ra Mass Ñen

Hình 2.33. Encoder tuyeät ñoái

Hình 2.34.Hình daïng moät soá Encoder

Maïch ñieän





63

Soá lieäu Icreamental Encoder E6B2(Omron)

Maõ hieäu E6B2-CWZ3E

Ñieän aùp cung caáp 5VDC-5% to 12 VDC +10

Doøng ñieän tieâu thuï 100 mA max.

Ñoä phaân giaûi 10, 20, 30, 40, 50, 60, 100, 200, 300,

400,500, 600, 1000, 1200, 1500, 1800,

2000 (xung/voøng)

Caùc ngoõ ra A, B, Z (thuaän ngöôïc)

Loaïi tín hieäu ra Ra ñieän aùp

Thoâng soá ngoõ ra Ñieän trôû ngoõ ra: 20kΩ , ñieän aùp toái ña :

30 VDC

Doøng sink 20 mA max, Sink current: 35 mA max.

Möùc cao : 20 mA. Möùc thaáp : +20 mA

Taàn soá ñaùp öùng toái ña 100 Khz

Höôùng quay Thuaän ngöôïc , CW+ CCW

Moment khi khôûi ñoäng 10 g-cm(0,14 oz-inch)max

Taûi treân truïc Radial 3 kgf(21,7 ft-lbs) Axial 2

kgf(14,5 ft-lbs)

Moment quaùn tính 10 g-cm2(0,055 oz-inch2)max; 3 g-

cm2(0,0165 oz-inch2)max ôû 600

xung/voøng.

Vaän toác quay toái ña 6000 rpm

Soá lieäu Encoder tuyeät ñoái 10 bit E6 F

Maõ hieäu E6F-AB3C 360 2M, E6F-AB3C-C 360 2M

Ñieän aùp cung caáp 5VDC-5% to 12 VDC +10%

Doøng ñieän tieâu thuï 100 mA max.

Ñoä phaân giaûi 10 bit (360 xung/voøng)





64

Maõ ra Maõ BCD

Daïng tín hieäu ra Cöïc thu hôû

Ñieän aùp toái ña ngoõ ra 30 VDC max

Taàn soá ñaùp öùng toái ña 10 Khz

Logic ngoõ ra Möùc cao : 0, möùc thaáp :1

Ñoä chính xaùc ±0,50 max

Höôùng taêng maõ Maõ ngoõ ra taêng theo chieàu kim khi nhìn töø

truïc

Thôøi taêng vaø thôøi giaûm 1,0 ms max. vôùi ñieän aùp ra 5V

Moment khi khôûi ñoäng 100 g-cm(1,39 oz-inch)max

Taûi treân truïc Höôùng kính 10 kgf, höôùng truïc 3kgf

Moment quaùn tính 15 g-cm2(0,082 oz-inch2)max

Vaän toác quay toái ña 5000 rpm

Kyù hieäu daây encoder E6F-AB3C

Ñoû Nguoàn döông Tím 21.10

Ñen 0V(chung)

Naâu 20

Cam 21

Vaøng 22

Laù caây 23

Xanh 20x10

Tím 21x10

Xaùm 22x10

Traéng 23x10

Hoàng 21x10

Xanh nhaït 22x10

Voû boïc GND





65

2.3.3. Caûm bieán gaàn Caûm bieán gaàn döïa treân nguyeân taéc thay ñoåi bieân ñoä vaø taàn soá cuûa maïch dao

ñoäng khi coù moät vaät ôû gaàn cuoän day dao ñoäng.

Caûm bieán gaàn ñieän dung coù theå duøng cho vaät kim loaïi vaø khoâng kim loaïi.

Caûm bieán gaàn ñieän caûm duøng cho kim loaïi töø tính hay khoâng töø tính.

Khoaûng caùch toái ña giöõa vaät vaø caûm bieán phuï thuoäc vaøo vaät lieäu vaø kích thöôùc vaät. Tín

hieäu ra daïng on/off vôùi ngoõ ra laø transistor cöïc thu hôû NPN hay PNP.

Quan heä khoaûng caùch caûm bieán theo kích thöôùc vaø vaät lieäu cuûa caûm bieán E2E-XD

(Omron).

Khoaûng caùch caûm bieán coøn phuï thuoäc kích thöôùc ñaàu caûm bieán thay ñoåi töø 0 ñeán 20

mm.

Hình 2.35.





66

Hình 2.36

Ngoaøi caûm bieán ON/OFF coøn coù loaïi caûm bieán cho doøng hay aùp ra tyû leä vôùi khoaûng caùch

giöõa vaät vaø caûm bieán döïa treân nguyeân taéc caûm öùng, laser vaø sieâu aâm.

Hình 2.37





67

Giôùi thieäu caûm bieán cuûa Omron:

-Caûm bieán gaàn (prox sensors)(Omron): cuøng goác vôùi E2A: E2A3 (phaùt hieän vaät coù ñoä töø

tính thaáp), E2AU (moâi tröôøng rung laéc), E2AX (choáng chaùy noå), E2AW (moâi tröôøng

haøn).

- Caûm bieán tieäm can E2V phaùt hieän nhoâm töø xa.

-Caûm bieán tieäm can E2EH-X chòu nhieät ñoä cao tôùi 120 ñoä C.

-Caûm bieán tieäm can E2V cho khoaûng caùch phaùt hieän xa vôùi vaät lieäu nhoâm.

Caâu hoûi vaø baøi taäp :

Chöông 2: Caûm bieán vaø chuyeån ñoåi

1. Trình baøy ñaëc ñieåm cuûa boán phöông phaùp ño nhieät ñoä : duøng caêp nhieät ñieän, nhieät ñieän trôû/ thermistor/caûm bieán nhieät ñoä vi maïch, nhieät keá theo nguyeân taéc giaõn nôû, vaø nhieät keá böùc xaï. Duøng caùc tieâu chí : phaïm vi öùng duïng ño löôøng , loaïi caûm bieán, taàm ño nhieät ñoä, ñoä chính xaùc, chæ thò ño löôøng, öu ñieåm/nhöôïc ñieåm. 2. Moâ taû loaïi caûm bieán nhieät coù theå duøng trong öùng duïng ñieàu khieån. 3. Caùc kyõ thuaät hay ñieàu caàn chuù yù khi ño chính xaùc nhieät ñoä cuûa chaát raén, chaát loûng, gas. 4.Nhieät ñieän trôû ñoàng coù tính chaát R0=25 Ohm, R100/R0=1,43. Hoûi giaù trò ñieän trôû ôû 50oC laø bao nhieâu? 5.Trình baøy caùc loaïi caûm bieán löïc vaøkeå ra caùc öùng duïng . 6. Trình baøy caùc loaïi caûm bieáân dòch chuyeån khoaûng caùch vaø öùng duïng. 7.Boä phaän chaáp haønh truyeàn ñoäng ñieän

8.Chaáp haønh nhò phaân: Relay, SCR, Triac

9.Truyeàn tín hieäu: gia coâng tín hieäu duøng Op-amp, caùp vaø noái ñaát.

Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [3].George C. Barney, Intelligent Instrumentation, Prentice Hall 1988. [4].Willis J. Tompkins, John G. Webster, Interfacing sensors to the PC, Prentice Hall 1990.





68

CHÖÔNG 3: GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM MAÙY TÍNH

Maùy tính töông thích IBM laø loaïi maùy tính phoå bieán treân theá giôùi, tuyø theo öùng

duïng coù theå phaân thaønh :

-Maùy tính ñeå baøn.

-Maùy tính coâng nghieäp.

-Maùy tính panel.

-Maùy tính kieåu nhuùng.

Giao tieáp vôùi maùy tính coù caùc caùch sau:

-Card chuyeån ñoåi A/D vaø D/A caém vaøo raõnh caém ISA hay PCI.

-Coång song song.

-Coång noái tieáp.

-Coång USB.

-Wireless, hoàng ngoaïi.

3.1. GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM ISA

3.1.1. Heä thoáng bus cuûa maùy IBMPC-AT :

Card giao tieáp seõ ñöôïc gaén vaøo Slot treân mainboard cuûa maùy tính, neân caùc

bus cuûa card phaûi tuaân theo kích thöôùc chuaån.

Khi card ñöôïc caém vaøo maùy, phaûi ñaûm baûo khoâng ñöôïc phaù huûy caùc bus noäi

vaø caùc vi maïch treân mainboard cuûa maùy. Ñòa chæ cuûa card ñöôïc choïn sao cho khoâng bò

truøng vôùi ñòa chæ cuûa caùc ngoaïi vi khaùc ñeå traùnh hieän töôïng tranh giaønh bus do giaûi maõ

ñòa chæ gaây ra. Sô ñoà Slot treân maùy tính IBMPC - AT ñöôïc cho ôû hình veõ 1.

. SA0 - SA19 : laø hai möôi ( 20 ) ñöôøng ñòa chæ duøng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ boä nhôù

hay thieát bò vaøo / ra thuoäc heä thoáng . Caùc ñöôøng ñòa chæ naøy cuøng vôùi caùc ñöôøng LA 17 -

LA23 cho pheùp truy nhaäp ñeán 16 MB boä nhôù.

. SD 0 - SD 15 : caùc ñöôøng döõ lieäu, duøng ñeå di chuyeån döõ lieäu qua laïi giöõa caùc

vuøng cuûa boä nhôù hoaëc caùc thieát bò ngoaïi vi .Vôùi taùc vuï truyeàn döõ lieäu 8 bit, thì chæ caàn

duøng D 0 - D 7.

. AEN : Ñöôøng naøy ñöôïc söû duïng ñeå phaân caùch vi xöû lyù vaø caùc thieát bò khaùc

khoûi keânh vaøo / ra ñeå thöïc hieän truyeàn döõ lieäu DMA . Khi ñöôøng naøy tích cöïc möùc cao,





69

boä ñieàu khieån DMA seõ chieám quyeàn ñieàu khieån bus : caùc ñöôøng ñòa chæ ( A0 - A 19 ) , caùc

ñöôøng döõ lieäu ( D 0 - D15 ) vaø caùc ñöôøng ñieàu khieån ñoïc, ghi boä nhôù vaø IO ( RD, WR,

IOR, IOW ). Khi xaây döïng cô cheá hoaït ñoäng cuûa card AD caàn chuù y ùtôùi ñöôøng tín hieäu

naøy ñeå traùnh hieän töôïng tranh giaønh bus.

. BALE : Ñöôøng naøy thoâng baùo cho caùc thieát bò thuoäc heä thoáng bieát quaù trình gôûi

tín hieäu ñòa chæ ñang thöïc hieän.

. CLK : Ñaây laø xung ñoàng hoà heä thoáng taàn soá 6 MHz, 50% möùc cao, 50%

möùc thaáp.

. Reset DrV : Ñöôøng naøy ñöôïc söû duïng ñeå reset caùc möùc logic cuûa caùc thieát bò

trong heä thoáng khi khôûi ñoäng maùy. Ñöôøng naøy tích cöïc möùc cao .

. IOR : chæ thò ñoïc IO. Tín hieäu naøy ra leänh cho thieát bò IO ñöa döõ lieäu cuûa noù leân

tuyeán döõ lieäu. IOR ñöôïc taïo ra bôûi boä vi xöû lyù hoaëc boä ñieàu khieån DMA. Ñöôøng naøy

tích cöïc ôû möùc thaáp.

. IOW : chæ thò ghi ra IO . Tín hieäu naøy baùo hieäu cho caùc thieát bò IO raèng CPU

ñang xuaát döõ lieäu ra ngoaïi vi. Tín hieäu IOW tích cöïc ôû möùc thaáp.

. Smem R , Mem R : chæ thò ñoïc boä nhôù. Khi caùc ñöôøng naøy tích cöïc ôû möùc thaáp,

CPU ra leänh cho oâ nhôù ñöôïc giaûi maõ ñòa chæ xuaát döõ lieäu cuûa noù leân tuyeán döõ lieäu.

SMemR tích cöïc khi oâ nhôù caàn ñoïc coù ñòa chæ trong phaïm vi 1 MB boä nhôù thaáp, MemR

tích cöïc cho taát caû caùc ñòa chæ thuoäc boä nhôù .

. SMemW , MemW : chæ thò ghi boä nhôù. Khi caùc ñöôøng naøy tích cöïc ôû möùc thaáp,

CPU ra leänh cho oâ nhôù ñöôïc giaûi maõ ñòa chæ ghi nhaän döõ lieäu ñang toàn taïi treân tuyeán döõ

lieäu. SMemW tích cöïc khi oâ nhôù caàn nhaän döõ lieäu coù ñòa chæ trong phaïm vi 1 MB,

MemW tích cöïc cho taát caû caùc ñòa chæ thuoäc boä nhôù.

. IO CHCK ( IO channel check ) : Ñöôøng naøy tích cöïc möùc thaáp, cung caáp

cho board heä thoáng thoâng tin loãi parity veà boä nhôù hay thieát bò I/O . Noù chæ ra moät loãi heä

thoáng khoâng theå söûa chöõa ñöôïc.

. IO CHRDY ( IO channel ready ) : Ñaây laø moät tín hieäu vaøo, duøng ñeå taïo traïng

thaùi chôø; traïng thaùi naøy keùo daøi chu kyø bus vi xöû lyù ñoái vôùi boä nhôù chaäm hay thieát bò IO

chaäm ( toác ñoä ).





70

. IRQ 3 - IRQ 7 ; IRQ 9 - IRQ 12 ; IRQ 14 - IRQ 15 : Caùc ñöôøng naøy duøng ñeå

baùo cho CPU bieát thieát bò vaøo ra coù yeâu caàu ngaét. Caùc yeâu caàu ngaét coù ñoä öu tieân : Caùc

ñöôøng IRQ 9 - IRQ 12 ; IRQ 14 - IRQ 15 coù ñoä öu tieân cao nhaát ( IRQ 9 coù ñoä öu tieân

cao nhaát trong caùc ñöôøng naøy ). Caùc ñöôøng IRQ 3 - IRQ 7 coù ñoä öu tieân thaáp hôn ( IRQ

3 coù ñoä öu tieân cao nhaát trong caùc ñöôøng naøy ) . Moät yeâu caàu ngaét ñöôïc taïo ra baèng

caùch naâng ñöôøng IRQ töø thaáp leân cao. Ñöôøng naøy phaûi ñöôïc giöõ ôû möùc cao cho tôùi khi

vi xöû lyù cho pheùp yeâu caàu ngaét. IRQ 13 ñöôïc duøng cho board heä thoáng neân khoâng duøng

ñöôïc cho keânh vaøo ra. IRQ 8 duøng cho ñoàng hoà thôøi gian thöïc.

. DRQ 0 - DRQ 3 vaø DRQ 5 - DRQ 7 : yeâu caàu DMA keânh 0 - 3 , 5 -7 laø caùc

yeâu caàu keânh khoâng ñoàng boä. Thieát bò ngoaïi vi vaø vi xöû lyù keânh vaøo ra duøng nhöõng

ñöôøng naøy ñeå chieám phuïc vuï DMA ( hay quyeàn ñieàu khieån heä thoáng ). DRQ 0 coù ñoä öu

tieân cao nhaát vaø DRQ 7 coù ñoä öu tieân thaáp nhaát. Moät yeâu caàu DMA ñöôïc taïo baèng caùch

mang moät ñöôøng DRQ leân möùc tích cöïc . Ñöôøng DRQ ñöôïc giöõ ôû möùc cao cho tôùi khi

ñöôøng ″ cho pheùp yeâu caàu DMA ″ ( DACK = DMA Request Acknowledge ) leân

möùc tích cöïc. DRQ 0 - DRQ 3 seõ thöïc hieän vieäc truyeàn DMA 8 bit , coøn DRQ 5 - DRQ

7 thöïc hieän vieäc truyeàn DMA 16 bit . DRQ 4 duøng cho board heä thoáng vaø khoâng duøng

ñöôïc cho keânh vaøo / ra.

. DACK 0 - DACK 3 ; DACK 5 - DACK 7 : Caùc ñöôøng naøy cho pheùp hay chaáp

nhaän yeâu caàu DMA. Chuùng ñuôïc CPU xuaát ra vaø ñeàu tích cöïc möùc thaáp.

. Refresh : Tín hieäu naøy chæ ra raèng chu kyø laøm töôi boä nhôù RAM ñoäng bò ñieàu

khieån bôûi moät vi xöû lyù ôû keânh vaøo ra.

. SBHE : Cho pheùp byte cao ôû trong heä thoáng. Tín hieäu naøy chæ ra raèng vieäc

truyeàn döõ lieäu treân byte cao cuûa tuyeán döõ lieäu : D 8 - D 15. Thieát bò 16 bit duøng BHE

ñeå gia coâng ñeäm tuyeán döõ lieäu noái vôùi D 8 - D 15.

. IOCS 16 : Tín hieäu vaøo tích cöïc möùc thaáp, caùc ngoaïi vi 16 bit duøng ñöôøng naøy

ñeå baùo cho CPU bieát raèng vieäc truyeàn döõ lieäu laø 16 bit.

. OSC : Xung ñoàng hoà toác ñoä cao nhaát vôùi chu kyø 70 ns. ( 14,31818 MHz ). Tín

hieäu naøy khoâng ñoàng boä vôùi ñoàng hoà heä thoáng, coù 50% chu kyø laøm vieäc.





71

J3

CON AT36

D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18

C1C2C3C4C5C6C7C8C9

C10C11C12C13C14C15C16C17C18

Hình 3.1. Raõnh caém ISA

Sô ñoà chaân raõnh caém ISA





72

Raõnh caém

Ground B1 A1 -I/O CHCK

Reset DRV B2 A2 SD7

+ 5VDC B3 A3 SD6

IRQ 9 B4 A4 SD5

-5 VDC B5 A5 SD4

DRQ2 B6 A6 SD3

-12 VDC B7 A7 SD2

-OWS B8 A8 SD1

+ 12VDC B9 A9 SD0

Ground B10 A10 I/O CH RDY

-SMEMW B11 A11 AEN

-SMEMR B12 A12 SA19

-IOW B13 A13 SA18

-IOR B14 A14 SA17

-DACK 3 B15 A15 SA16

DRQ 3 B16 A16 SA15

-DACK 1 B17 A17 SA14

DRQ 1 B18 A18 SA13

-REFRESH B19 A19 SA12

CLK B20 A20 SA11

IRQ 7 B21 A21 SA10

IRQ 6 B22 A22 SA9

IRQ 5 B23 A23 SA8

IRQ 4 B24 A24 SA7

IRQ 3 B25 A25 SA6

-DACK 2 B26 A26 SA5

TC B27 A27 SA4

BALE B28 A28 SA3





73

+ 5VDC B29 A29 SA2

OSC B30 A30 SA1

Ground B31 A31 SA0

KEY

-MEMCS16 D1 C1 -SBHE

-IO CS16 D2 C2 LA23

IRQ 10 D3 C3 LA22

IRQ 11 D4 C4 LA21

IRQ 12 D5 C5 LA20

IRQ 15 D6 C6 LA19

IRQ 14 D7 C7 LA18

-DACK 0 D8 C8 LA17

DRQ 0 D9 C9 -MEMR

-DACK 5 D10 C10 -MEMW

DRQ 5 D11 C11 SD08

-DACK 6 D12 C12 SD09

DRQ 6 D13 C13 SD10

-DACK 7 D14 C14 SD11

DRQ 7 D15 C15 SD12

+ 5VDC D16 C16 SD13

-MASTER D17 C17 SD14

Ground D18 C18 SD15

Baûng 3.1 : Sô ñoà chaân raõnh caém ISA treân mainboard cuûa maùy IBMPC – XT,AT.

3.1.2. Caùc ñòa chæ vaøo ra cuûa maùy vi tính IBMPC - AT :[5]

Taàm ( Hex ) Thieát bò

000 - 01F Boä ñieàu khieån DMA 1 , 8237A - 5.





74

020 - 03F Boä ñieàu khieån ngaét 1 ( chính ) 8259A.

040 - 05F Boä ñònh thôøi, 8254 - 2.

060 - 06F Boä ñieàu khieån baøn phím, 8042.

070 - 07F Ñoàng hoà heä thoáng thôøi gian thöïc, maët naï ngaét

khoâng che ñöôïc NMI ( non mashable interrupt ).

080 - 09F Thanh ghi trang DMA, 74LS612.

0A0 - 0BF Boä ñieàu khieån ngaét 2, 8259A ( phuï ).

0C0 - 0DF Boä ñieàu khieån DMA 2 , 8237A - 5.

0F0 Xoùa ñöôøng thoâng baùo boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc ñang baän.

0F1 Reset boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc.

0F8 - 0FF Boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc.

1F0 - 1F8 Ñieàu khieån ñóa cöùng.

200 - 207 Ñieàu khieån troø chôi ( Game IO ).

278 - 27F Coång giao tieáp maùy in song song 2 ( LPT 2 ).

2F8 - 2FF Coång truyeàn tin noái tieáp 2 ( COM 2 ).

300 - 31F Card thöû nghieäm ( prototype card ).

360 - 36F Chöa söû duïng.

378 - 37F Coång giao tieáp maùy in song song 1 ( LPT 1).

380 - 38F Thoâng tin SDLC 2.

3A0 - 3AF Thoâng tin SDLC 1.

3B0 - 3BF Ñieàu khieån maøn hình mono vaø thieát bò maùy in.

3C0 - 3CF Chöa söû duïng.

3D0 - 3DF Ñieàu khieån maøn hình graphic / maøu.

3F0 - 3F7 Ñieàu khieån ñóa meàm.

3F8 - 3FF Coång truyeàn tin noái tieáp ( COM 1 ) .

Baûng 3.2: Caùc ñòa chæ vaøo ra cuûa maùy vi tính IBMPC - AT

Khi thieát keá heä thoáng , caùc nhaø saûn xuaát ñaõ daønh rieâng vuøng ñòa chæ vaøo ra töø

300h - 31Fh ñeå ngöôøi söû duïng coù theå phaùt trieån theâm caùc öùng duïng thöû nghieäm, vì vaäy

ta seõ choïn vuøng ñòa chæ naøy ñeå xaây döïng card AD.





75

3.1.3.Caùc tuyeán ñieàu khieån ngaét :

Tín hieäu NMI cuûa vi xöû lyù 80286 vaø hai boä ñieàu khieån ngaét 8259A ( chính , phuï )

cung caáp 16 möùc ngaét heä thoáng. Baûng döôùi ( Baûng 3.3 ) trình baøy vieäc gaùn 16 möùc ngaét

theo möùc ñoä öu tieân giaûm daàn. Chuù yù raèng caùc ngaét ñeàu bò che ( goàm caû NMI cuûa vi xöû

lyù).

Möùc öu tieân Ngoõ vaøo Chöùc naêng

NMI cuûa vi xöû lyù Kieåm tra parity hay keânh vaøo ra

Boä ñieàu khieån ngaét

CTLR 1 CTLR 2

0 IRQ 0 Ñoàng hoà heä thoáng

1 IRQ 1 Ngaét baøn phím

2 IRQ 2 Ngaét töø boä ñieàu khieån ngaét phuï

IRQ 8 Ngaét ñoàng hoà thôøi gian thöïc

IRQ 9 Phaàn meàm ñònh höôùng laïi tôùi INT 0AH

IRQ 10 Chöa söû duïng



IRQ 13 Ngaét ñieàu khieån boä ñoàng xöû lyù

IRQ 14 Ñieàu khieån ñóa cöùng

IRQ 15 Chöa duøng

3 IRQ 3 Ñieàu khieån coång truyeàn tin noái tieáp COM 2

4 IRQ 4 Ñieàu khieån coång truyeàn tin noái tieáp COM 1

5 IRQ 5 Ñieàu khieån coång maùy in song song LPT 2

6 IRQ 6 Ñieàu khieån ñóa meàm

7 IRQ 7 Ñieàu khieån coång maùy in song song LPT 1

Baûng 3.3 : Caùc ñöôøng yeâu caàu ngaét trong maùy IBMPC - AT.





76

Trong 8 ñöôøng IRQ chính cuûa heä thoáng, neáu thieát bò ngoaïi vi töông öùng naøo hieän

dieän thöïc söï thì chuùng ta khoâng ñöôïc pheùp söû duïng ñöôøng IRQ ñoù nöõa. Coøn neáu caùc

ñöôøng IRQ naøo khoâng coù thieát bò thì card AD cuûa ta coù quyeàn söû duïng thoaûi maùi. Ñeå

kieåm tra söï toàn taïi cuûa caùc thieát bò ngoaïi vi ñaõ söû duïng IRQ, chuùng ta coù theå thöïc hieän

baèng caùch kieåm tra byte döõ lieäu ôû coång vaøo ra soá 21h ( traïng thaùi 8259A ). Neáu bit soá n

laø zero thì IRQ n töông öùng ñaõ ñöôïc söû duïng. Thoâng thöôøng chuùng ta coù theå söû duïng

ñöôïc caùc ñöôøng IRQ 3 ÷ IRQ 7 . Khi thieát keá card AD vaø khi vieát chöông trình ñieàu

khieån ta phaûi chuù yù cho pheùp ngöôøi duøng khaû naêng choïn löïa IRQ ñeå töông thích vôùi caùc

caáu hình maùy khaùc nhau.

3.1.4. Caùc ñòa chæ ngoaïi vi ñaõ söû duïng cuûa moät maùy Pentium 2

Baûng 3.4: Caùc ñòa chæ ngoaïi vi ñaõ söû duïng cuûa moät maùy Pentium 2

X0000-x000F Direct memory access controller

X0020-x0021 Programmable interrupt controller

X0040-x0043 System timer

X0060-x0060 Standard 101/102 key or Microsoft natural keyboard

X0061-x0061 System speaker

X0064-x0064 Standard 101/102 key or Microsoft natural keyboard

X0070-x0071 System CMOS / realtime clock

X0081-x0083 Direct memory access controller

X0087-x0087 Direct memory access controller

X0089-x008B Direct memory access controller

X008F-x0091 Direct memory access controller

X00A0-x00A1 Programmable interrupt controller

X00C0-x00DF Direct memory access controller

X00F0-x00FF Numeric data processor

X0168-x016F Standard IDE/ESDI Hard disk controller

X0170-x0177 Intel 8237-1 AB/EB PCI bus Master IDE Controller

X0170-x0177 Second IDE controller(dual info)

X01F0-x01F7 Intel 82371 AB/EB PCI bus Master IDE Controller





77

X01F0-x01F7 Primary IDE controller(dual info)

X0201-x0201 Gameport Joystick

X0208-x020F Motherboard resources

X0220-x022F ES 1868 Plug and Play Audio Drive (WDM)

X0274-x0277 IO read data port for ISA Plug and Play enumerator

X02F8-x02FF Communications Port (COM2)

X0330-x0331 ES 1868 Plug and Play Audio Drive (WDM)

X036E-x036F Standard IDE/ESDI Hard disk controller

X0376-x0376 Intel 8237-1 AB/EB PCI bus Master IDE Controller

X0376-x0376 Second IDE controller(dual info)

X0378-x037F ECP Printer Port (LPT1)

X0388-x038B ES 1868 Plug and Play Audio Drive (WDM)

X03B0-x03BB S3 Inc. Trio3D/2X (Engineering Release)

X03C0-x03DF S3 Inc. Trio3D/2X (Engineering Release)

X03F2-x03F5 Standard Floopy Disk Controller

X03F6-x03F6 Intel 8237-1 AB/EB PCI bus Master IDE Controller

X03F6-x03F6 Primary IDE controller(dual info)

X03F8-x03FF Communications Port(COM1)

3.1.5. Caùc ngaét cuûa moät maùy Pentium 2

Baûng 3.5: Caùc ngaét cuûa moät maùy Pentium 2

0 System timer

1 Standard 101/102 key or Microsoft natural keyboard

2 Programmable interrupt controller

3 Communications Port(COM2)

4 Communications Port(COM1)

5 ES 1868 Plug and Play Audio Drive (WDM)

6 Standard Floopy Disk Controller

7 ECP Printer Port (LPT1)





78

8 System CMOS / realtime clock

9 Motorola SM56PCI Speakerphone Modem

9 IRQ Holder for PCI steering

10 Standard IDE/ESDI Hard disk controller

11 Intel 8237-1 AB/AE PCI to USB Universal Host Controller

11 IRQ Holder for PCI steering

12 PS/2 Compatible Mouse Port

13 Numeric data processor

14 Primary IDE controller(dual info)

14 Intel 8237-1 AB/EB PCI bus Master IDE Controller

15 Second IDE controller(dual info)

15 Intel 8237-1 AB/EB PCI bus Master IDE Controller

3.1.6. Maùy tính Pentium III, Pentium IV

Sau ñaây trình baøy card peripheral adapter 16 bit vaø hai card thu thaäp soá lieäu

gaén vaøo raõnh ISA





79

Hình 3.1





80






81

Hình 3.2






82

Hình 3.3

Hình veõ ñöôïc trích daãn töø saùch [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002. 3.1.7. Raõnh ca ém 32 bit theo chuaån EISA:

EISA (Extended Industry Standard Architecture)

Kích thöôùc thoâng thöôøng cuûa moät card EISA laø :

* Chieàu cao: 127 mm(5 inhxô)

*Chieàu daøi : 333,5 mm(13,13 inhxô)

* Chieàu daøy, bao goàm vaû linh kieän : 12,7 mm(0,5 inhxô).

Töø kích thöôùc naøy, roõ raøng moät card ISA coù theå caém vöøa raõnh caém EISA. Raõnh

naøy vöøa coù theå chaáp nhaän card ISA 8 bit vaø 16 bit vöøa coù theå duy trì cheá ñoä hoaït ñoäng

32 bit cuûa caùc card gheùp noái tuaân theo ñuùng chuaån EISA. Raõnh caém EISA ñöôïc duøng

cho boä xöû lí 80386 DX vaø caùc theá heä keá tieáp.

3.1.8. Raõnh ca ém 32 bit vaø 64 bit theo chuaån VESA VLB

VESA VLB (VESA Local Bus Standard)

Vieäc taïo ra caùc “local bus” naèm trong yù ñoà nhaèm ñaït ñöôïc moái lieân heä tröïc

tieáp vôùi boä xöû lí ñeå laøm taêng toác ñoä truyeàn döõ lieäu, ñaëc bieät laø khi boä vi xöû lí 80486 ra

ñôøi. Coøn chöõ VESA baét nguoàn töø teân goïi cuûa Video Electronics Standard Association, toå

chöùc naøy ñaõ daønh nhieâuø thôøi gian ñeå tìm kieám nhöõng giaûi phaùp phaàn cöùng ñeå taän duïng

toác ñoä xöû lí cuûa caùc boä vi xöû lí theá heä môùi.

Raõnh caém VLB (VESA local bus) bao goàm moät raõnh caém ISA 16 bit vaø moät raõnh

môû roäng naèm thaúng haøng vôí raõnh ISA. Raõnh VLB coù ñeán 116 chaân ñöôïc saép xeáp nhö

baûng sau.

3.2.GIAO TIEÁP QUA RAÕNH CAÉM PCI

3.2.1. Raõnh ca ém 32 bit theo chuaån PCI

Raõnh caém PCI (Peripheral Component Interconnect) coù maøu traéng treân

mainboard cho pheùp giao tieáp ngoaïi vi 32 hay 64 bit vaän toác nhanh ñeán 132 Mbytes/s

so vôùi raõnh caém ISA 16 bit coù vaän toác 3 ñeán 5 Mbytes/s.





83

Nhôù coù vaän toác cao neân raõnh PCI thöôøng duøng cho card maùn hình sau ñoù noù ñöôïc söû

duïng cho caùc card khaùc nhö card maïng, modem noäi, aâm thanh.. daàn daàn mainboard ñôøi

môùi khoâng daønh choã cho raõnh caém ISA nöõa.

Caùc haõng nhö Advantech, Data translation .. cuõng ñaõ saûn xuaát card giao tieáp ngoaïi vi

cho maùy tính duøng raõnh PCI.

Raõnh PCI 64 bit coù hai haøng tieáp ñieåm, moãi beân 94 tieáp ñieåm phía A laø phía linh

kieän coøn phía B laø phía haøm. Do tính chaát phöùc taïp cuûa tuyeán vaø vaän toác tín hieäu lôùn

neân vieäc töï raùp card giao tieáp PCI khoù thöïc hieän maø phaûi duøng card chính haõng.

Naêm 1998 caùc haõng Compag, Hewlett-Packard, IBM phoái hôïp ñöa chuaån PCI-X

coù ñaëc tính toát hôn.

Tuyeán PCI 32 bit söû duïng chung 32 ñöôøng ñòa chæ data AD0-AD31, pha ñòa chæ

do tín hieäu FRAME# ñieàu khieån, sau ñoù laø moät hay nhieàu pha döõ lieäu. Tuyeán PCI 64 bit

duøng 64 ñöôøng AD0-AD63 cho ñòa chæ vaø döõ lieäu.

Coù hai loaïi tuyeán PCI möùc tín hieäu 5V vaø möùc tín hieäu 3,3V.

Sau ñaây laø moâ taû caùc tín hieäu cuûa PCI:

CLK: xung nhòp 33 MHz, 66 Mhz..

RST#: tín hieäu reset.

AD0÷AD31: laø tuyeán ñòa chæ khi FRAME# ôû möùc thaáp.

C/BEO÷3# BUS(Command Bytes Enables) : cho bieát loaïi cuûa truyeàn döõ lieäu (ñoïc/vieát

boä nhôù, ngoaïi vi..).

PAR: kieåm tra parity cuûa AD0÷AD31 vaø C/BEO÷3.

IRDY# (initiator ready)

TRDY# (Target Ready): laø hai döõ lieä baét tay giöõa boä phaùt vaø boä nhaän döõ lieäu treân tuyeán

PCI.

STOP#: laø tín hieäu target baùo cho initiator ñeå chaám döùt giao dòch initiator laø chuû cuûa

tuyeán (bus master) coøn target laø bus slave. Vieäc truyeàn döõ lieäu do initiator baét ñaàu

thoâng qua C/BE vaø IRDY coøn target traû lôøi thoâng qua TRDY# vaø STOP#.

LOCK#: laø tín hieäu initiator baùo daønh rieâng moät soá ñòa chæ cuûa target.

IDSEL(Initialigation Device Select): laø tín hieäu choïn chip.





84

DEVSEL#(Device Select): cuûa noù treân tuyeán PCI do target ñieàu khieån khi noù thaáy ñòa

chæ cuûa noù treân tuyeán PCI.

REQ#: yeâu caàu duøng bus(request).

GNT#: cho bieát yeâu caàu REQ# ñaõ ñöôïc chaáp nhaän(grant).

PERR#(System error): sai soá heä thoáng.

INTA#, INTB#, INTC#, INTD#: caùc tín hieäu ngaét.

SBO#(Snoop Backoff) duøng cho card boä nhôù.

SDONE(Snoop done)

PRSNT 1÷2#: cho bieát coù board caém vaøo slot vaø coâng suaát tieâu thuï cuûa board ñoù.

CLKRUN#(Clock running): cho pheùp ñieàu khieån xung nhòp CLK.

MGGEN(66 Mhz enable): cho bieát xung nhòp 33 Mhz hay 66 Mhz.

AD32÷63: 32 ñöôøng ñòa chæ vaø döõ lieäu cao trong PCI 64 bit.

C/BE 4÷7#: duøng khi truyeàn 64 bit keát hôïp vôùi REQ 64# vaø ACK 64#, PAR 64.

REQ 64# (Request 64 bit transfer).

ACK 64# (Acknowledge 64 bit transfer).

TCK (Test clock)

TDI(Test data input) caùc tín hieäu thöû

TDO(Test output)

TMS(Test mode Select)

TRST#(Test reset)

Baûng 3.6 cho vò trí caùc tín hieäu treân slot, chi tieát hôn ñeà nghò ñoïc ôû website:

http://www.techfest.com/

Ñaëc ñieåm cuûa caùc board caém treân tuyeán PCI laø döõ lieäu coù theå truyeàn khoâng

thoâng qua CPU chuû do ñoù vaän toác xöû lyù tín hieäu nhanh hôn.

Card DT 300 cuûa haõng Data Translation cho pheùp ñoåi 16 tín hieäu analog sang soá phaân

giaûi 16 bit vôùi vaän toác 250000 maãu/sec, ñoåi soá ra analog hai keânh 16 bit, xuaát nhaäp

digital 23 bit.





85

Hình 3.4





86

Baûng 3.6. Sô ñoà chaân raõnh caém PCI 64 bit

Pin 5 V system environment Pin 3,3 V system environment comments

Side B Side A Side B Side A

1 -12 V TRST# 1 -12 V TRST# 32 bit

start

2 TCK +12 V 2 TCK + 12V

3 Ground TMS 3 Ground TMS

4 TDO TDI 4 TDO TDI

5 +5V +5V 5 +5V +5V

6 +5V INTA# 6 +5V INTA#

7 INTB# INTC# 7 INTB# INTC#

8 INTD# +5V 8 INTD# +5V

9 PRSNT1# Reserved 9 PRSNT1# Reserved

10 Reserved +5V(I/O) 10 Reserved +3,3V(I/O)

11 PRSNT2# Reserved 11 PRSNT2# Reserved

12 Ground Ground 12 Connector Key 3,3V key

13 Ground Ground 13 Connector Key 3,3V key

14 Reserved Reserved 14 Reserved Reserved

15 Ground RST# 15 Ground RST#

16 CLK +5V(I/O) 16 CLK

17 Ground GNT# 17 Ground +3,3V(I/O)

18 REQ# Ground 18 REQ# Ground

19 +5V(I/O) Reserved 19 +3,3V(I/O) Reserved

20 AD[31] AD[30] 20 AD[31] AD[30]

21 AD[29] +3,3V 21 AD[29] +3,3V

22 Ground AD[28] 22 Ground AD[28]

23 AD[27] AD[26] 23 AD[27] AD[26]

24 AD[25] Ground 24 AD[25] Ground

25 +3,3V AD[24] 25 +3,3V AD[24]





87

26 C/BE[3]# IDSEL 26 C/BE[3]# IDSEL

27 AD[23] +3,3V 27 AD[23] +3,3V


29 AD[21] AD[20] 29 AD[21] AD[20]


31 +3,3V AD[18] 31 +3,3V AD[18]

32 AD[17] AD[16] 32 AD[17] AD[16]

33 C/BE[2]# +3,3V 33 C/BE[2]# +3,3V

34 Ground FRAME# 34 Ground FRAME#

35 IRDY# Ground 35 IRDY# Ground

36 +3,3V TRDY# 36 +3,3V TRDY#

37 DESVEL# Ground 37 DESVEL# Ground

38 Ground STOP# 38 Ground STOP#

39 LOCK# 3,3V 39 LOCK# 3,3V

40 PERR# SDONE 40 PERR# SDONE

41 +3,3V SBO# 41 +3,3V SBO#

42 SERR# Ground 42 SERR# Ground

43 +3,3V PAR 43 +3,3V PAR

44 C/BE[1]# AD[15] 44 C/BE[1]# AD[15]

45 AD[14] +3,3V 45 AD[14] +3,3V


47 AD[12] AD[11] 47 AD[12] AD[11]


49 Ground AD[9] 49 M66EN AD[9]

50 Connector Key 50 Ground Ground 5V key

51 Connector Key 51 Ground Ground 5V key

52 AD[08] C/BE[0]# 52 AD[08] C/BE[0]#

53 AD[07] +3,3V 53 AD[07] +3,3V

54 +3,3V AD[06] 54 +3,3V AD[06]





88

55 AD[05] AD[04] 55 AD[05] AD[04]



58 AD[01] AD[00] 58 AD[01] AD[00]

59 +5V(I/O) +5V(I/O) 59 +3,3V(I/O) +3,3V(I/O)

60 ACK64# REQ64# 60 ACK64# REQ64#

61 +5V +5V 61 +5V +5V

62 +5V +5V 62 +5V +5V 32 bit end

Connector Key Connector Key 64 bit

spacer

Connector Key Connector Key 64 bit

spacer

63 Reserved Ground 63 Reserved Ground 64 bit

start

64 Ground C/BE[7]# 64 Ground C/BE[7]#

65 C/BE[6]# C/BE[5]# 65 C/BE[6]# C/BE[5]#

66 C/BE[4]# +5V(I/O) 66 C/BE[4]# +3,3V(I/O)

67 Ground PAR64 67 Ground PAR64

68 AD[63] AD[62] 68 AD[63] AD[62]


70 +5V(I/O) AD[60] 70 +3,3V(I/O) AD[60]

71 AD[59] AD[58] 71 AD[59] AD[58]



74 AD[55] AD[54] 74 AD[55] AD[54]

75 AD[53] +5V(I/O) 75 AD[53] +5V(I/O)


77 AD[51] AD[50] 77 AD[51] AD[50]






89

79 +5V(I/O) AD[48] 79 +3,3V(I/O) AD[48]

80 AD[47] AD[46] 80 AD[47] AD[46]



83 AD[43] AD[42] 83 AD[43] AD[42]

84 AD[41] +5V(I/O) 84 AD[41] +5V(I/O)


86 AD[39] AD[38] 86 AD[39] AD[38]


88 +5V(I/O) AD[36] 88 +3,3V(I/O) AD[36]

89 AD[35] AD[34] 89 AD[35] AD[34]



92 Reserved Reserved 92 Reserved Reserved

93 Reserved Ground 93 Reserved Ground

94 Ground Reserved 94 Ground Reserved

Baûng 3.7. Leänh PCI (töø C/BE#)

C/BE# Leänh C/BE# Leänh

0000 Chaáp nhaän ngaét 1000 Döï tröõ

0001 Chu kì ñaëc bieät 1001 Döï tröõ

0010 Ñoïc ngoaïi vi xuaát nhaäp 1010 Ñoïc caáu hình(vôùi

IDSEL)

0011 Vieát ngoaïi vi xuaát

nhaäp

1011 Vieát caáu hình (vôùi

IDSEL)

0100 Döï tröõ 1100 Ñoïc nhieàu oâ nhôù

0101 Döï tröõ 1101 Chu kì ñòa chæ keùp

0110 Ñoïc boä nhôù 1110 Ñöôøng ñoïc boä nhôù

0111 Ghi boä nhôù 1111 Vieát boä nhôù vaø

caám





90

3.2.2.VMEbus( IEEE 1014):

VME: Vesa Module Eurocard

VEsa laø teân goïi bus tröôùc ñaây ñöôïc thieát keá bôûi Motorola vaø Eurocard laø daïng

board chuaån . VME bus ñöôïc thieát keá bôûi moät nhoùm coâng ty chuû trì laø Motorola, laø

chuaån IEEE 1014. VME bus coù ñaëc ñieåm laøm cho noù raát maïnh vaø linh hoaït trong caùc

öùng duïng coâng nghieäp.

Ñaëc ñieåm laø :

-Ñoä daøi ñòa chæ : 16/24/32 bit.

-Ñoä daøi töø döõ lieäu :16/32 bit.

-Toác ñoä truyeàn döõ lieäu: 75 Mbytes/sec (lí thuyeát), 30-40 Mbyte/sec(thöïc teá).

-7 tín hieäu ngaét.

-Hoã trôï heä ña xöû lí, 4 möùc öu tieân cho ñònh vò bus.

-Truyeàn khoái döõ lieäu , ñoä daøi khoái toái ña 256 töø.

3.2.3. S-100 (IEEE 696)

Moät soá maùy tính caù nhaân ñaàu tieân vaøo cuoái thaäp nieân 1970 laø döïa treân bus S-100.

Ñoä daøi döõ lieäu laø 16 bit vaø taàm ñòa chæ laø 16 bit coù theå môû roäng lean 24 bit (16

Mbytes). Truyeàn döõ lieäu treân S-100 laø baát ñoàng boä. Coù hoã trôï cho taùc vuï nhieàu chuû:

bus cho pheùp tôùi 16 board chuû ñöôïc caøi ñaët; thuû tuïc duy nhaát ñöôïc kieåm soaùt bôûi

moat board hoaït ñoäng nhö laø board chuû vónh vieãn. Bus S-100 ñöôïc choïn cho maùy

tính kinh doanh vaø giaûi trí hôn laø trong coâng nghieäp. Vieäc choïn card S-100 laø haïn

cheá.

3.2.4. STD (IEEE 961)

Bus STD laø bus ña naêng ñaàu tieân duøng trong öùng duïng coâng nghieäp. Vôùi ñoä daøi töø 8

bit, bus ñöôïc duøng cho vi xöû lí 8 bit cuûa theá heä ñaàu nhö laø Intel 8080 vaø Zilog Z80.

Bus STD coù 56 chaân daãn vaø hoã trôï truyeàn döõ lieäu ñoàng boä vôùi taàm ñòa chæ 16 bit (64

Kbytes). Bus coù 22 ñöôøng ñieàu khieån cho ñieàu khieån truyeàn döõ lieäu, ngaét,vv…





91

Giới thiệu card thu thập dữ liệu và điều khiển PCI-1718HDU /PCI 1710 và PCL-818L của hãng Advantech Card thu thaäp soá lieäu vaø ñieàu khieån ISA slot hãng Advantech

Card thu thaäp soá lieäu vaø ñieàu khieån PCI slot hãng Advantech

PCL-818L Card PCL-818L là card đa năng 12 bit cắm trên rãnh cắm ISA của máy tính PC.

Card được thiết kế dùng cho khách hàng cần chi phí vừa phải nhưng card vẫn đảm bảo các tính năng của họ PCL-818, ngọai trừ tần số lấy mẫu 40 Khz và chỉ chấp nhận ngõ vào lưỡng cực. Card tương thích hòan tòan về phần mềm và kết nối với họ PCL-818HD và PCL-818HG. Điều này cho phép bạn nâng cấp các ứng dụng của bạn với các card hiệu suất cao mà không phải thay đổi phần mềm và phần cứng. PCL-818LS gồm có card PCL-818L , board đầu cuối nối dây PCLD-8115, và cáp nối DB37. PCLD-8115 chứa trên board các thành phần gia công tín hiệu thụ động (điện trở và tụ điện) cho phép bạn dễ dàng thực hiện các mạch lọc thông thấp, truyền động điện áp hay bộ chuyển đổi điện áp 4~20 mA.

Hình 3.8: Card PCL-818L

PCI-1718HDU Card PCI-1718HDU của hãng Advantech là card thu thập dữ liệu và điều khiển đa

chức năng cắm trên rãnh cắm PCI của máy tính PC. Đặc điểm :

-16 ngõ vào đơn hay 8 ngõ vào analog vi sai. -Bộ chuyển đổi A/D 12 bit với tần số lấy mẫu lên đến 100 Khz. -Độ lợi có thể lập trình được. -Quét kênh/độ lợi tự động. -Bộ nhớ FIFO trên board (1024 mẫu). -Một kênh ngõ ra analog 12 bit . -16 ngõ vào số và 16 ngõ ra số. - Bus PCI đa năng (hỗ trợ tín hiệu bus PCI 3,3V hay 5 V). -Chuyển mạch BoardID.

Hình 3.9: Card PCI-1718HDU





92

Tham khảo website : http://www.advantech.com/ Card PCI 1711

Card PCI 1711 coù chöùc naêng töông töï card PCl 818 nhöng gaén vaøo slot PCI. Sô ñoà khoái trình baøy ôû chöông 5A, laäp trình card thöïc hieän thoâng qua driver adsapi32 do haõng cung caáp.


http://www.advantech.com/




93

3.3.Giôùi thieäu moät soá IC thöôøng duøng

3.3.1.PPI 8255

8255 coù 3 coång song song A, B, C, moãi coång 8 bit, thöôøng ñöôïc chia ra : A : 8 bit , PA0-PA7 B : 8 bit , PB0-PB7 CL : 4 bit , PC0-PC3 CH : 4 bit, PC4-PC7 Coù 3 mode (cheá ñoä hoaït ñoäng ) -mode 0 : xuaát nhaäp ñôn giaûn duøng A,B,C -mode 1 : xuaát nhaäp coù ñieàu kieän -mode 2: laø bus 2 chieàu (duøng A)

Sô ñoà chaân 8255

U4

8255

3433323130292827

536

98

356

432140393837

1819202122232425

1415161713121110

D0D1D2D3D4D5D6D7

RDWRA0A1RESETCS

PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7

PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7

PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7

Hình 3.18





94

1.Toång quaùt : Caáu truùc khoái cuûa 8255 a.Boä ñeäm truyeàn döõ lieäu : boä ñeäm 8 bit, 2 chieàu , 3 traïng thaùi duøng ñeå giao tieáp 8255 vôùi CPU. Döõ kieän ñöôïc phaùt hay nhaän bôûi boä ñeäm khi thöïc hieän leänh IN, OUT bôûi CPU. Caùc töø ñieàu khieån cuõng truyeàn qua döõ kieän

b.Phaàn kieåm soaùt ñoïc/ghi : chöùc naêng cuûa khoái naøy laø kieåm soaùt taát caû caùc söï truyeàn ñaït beân trong vaø ngoaøi cuûa töø ñieàu khieån vaø döõ kieän. Noù nhaän ngoõ vaøo töø tuyeán ñòa chæ vaø ñieàu khieån cuûa CPU, phaùt ra caùc leänh caàn thieát cho caû 2 nhoùm ñieàu khieån A vaø B. CS : ngoõ vaøo =0 cho pheùp truyeàn tin giöõa 8255 vaø CPU RD: =0 cho pheùp 8255 gôûi döõ kieän ñeán CPU treân tuyeán döõ kieän chuû yeáu laø cho pheùp CPU ñoïc döõ kieän töø 8255 WR : =0 CPU xuaát töø ñieàu khieån hay döõ lieäu ra 8255 A0 vaø A1 : ñeå choïn coång A,B,C

A1 A0 choïn cöûa 0 0 port a 0 1 port b 1 0 port c 1 1 töø ñieàu khieån

RESET : =1 xoùa taát caû caùc thanh ghi beân trong goàm thanh ghi ñieàu khieån vaø caùc coång A,B,C ôû mode nhaän.

c.Ñieàu khieån nhoùm A vaø B Caáu hình hoaït ñoäng cuûa moãi nhoùm ñöôïc laäp trình bôûi phaàn meàm, chuû yeáu laø,

CPU xuaát töø ñieàu khieån ñeán 8255. Töø ñieàu khieån goàm caùc thoâng tin nhö cheá ñoä (mode), bit set, bit reset, vv… seõ khôûi ñoäng caáu hình hoaït ñoäng cuûa 8255.

Thanh ghi töø ñieàu khieån chæ coù theå vieát vaøo maø khoâng theå ñoïc ra.

d.Caùc cöûa (port) A, B, C : 8255 goàm 3 coång A, B, C. Moãi coång goàm 8 bit. Caùc coång naøy coù theå laäp trình bôûi

phaàn meàm ñeå coù theå hoaït ñoäng ôû cheá ñoä thích hôïp. Coång A : goàm boä ñeäm, caøi ngoõ ra 8 bit vaø caøi ngoõ vaøo 8 bit. Coång B : goàm boä ñeäm, caøi ngoõ ra 8 bit vaø caøi ngoõ vaøo 8 bit. Coång C : ñeäm vaø caøi ngoõ ra 8 bit vaø ñeäm 8 bit ngoõ vaøo (khoâng caøi). Cöûa C coù theå chia laøm 2 phaàn, moãi phaàn 4 bits cho ñieàu khieån mode. Moãi phaàn ñöôïc duøng keát hôïp vôùi cöûa A hay B ñeå taïo neân caùc tín hieäu ñieàu khieån.





95

PA0-PA7 PC4-PC7

D0-D7 PPC0-PC3

Giao RD Tieáp WR

A1 A0

Reset PB0-PB7 CS

Hình 3.19: Sô ñoà khoái cuûa 8255

Baûng laøm vieäc cuûa 8255 A1 A0 RD WR CS Hoaït ñoäng Nhaäp 0 0 0 1 0 A data bus 0 1 0 1 0 B data bus 1 0 0 1 0 C data bus Xuaát 0 0 1 0 0 data bus A 0 1 1 0 0 data bus B 1 0 1 0 0 data bus C 1 1 1 0 0 data bus töø ñieàu khieån 1 1 0 1 0 toång trôû cao x x x x 1 cuûa data bus

2 Laäp trình cho 8255 a.Laäp trình xuaát nhaäp ñeå choïn cheá ñoä (Mode) : Coù ba cheá ñoä hoaït ñoäng cô baûn thieát laäp do phaàn meàm : Mode 0 : vaøo ra cô baûn

Ñeäm döõ lieäu

Ñieàu khieån ñoïc ghi

Ñieàu khieån nhoùm 1 (group A)

Ñieàu khieån nhoùm 2 (group B)

Port A

CH

CL

Port B





96

Mode 1 : vaøo ra baét tay (chæ cho pheùp 1 trong 2 chieàu) Mode 2: truyeàn döõ lieäu 2 chieàu Khi reset, taát caû caùc coång ñöôïc thieát laäp ôû cheá ñoä nhaäp (input), töùc laø caû 24 ñöôøng

ñeàu ôû 3 traïng thaùi.Sau khi reset, 8255 coù theå duy trì ôû cheá ñoä nhaäp maø khoâng caàn khôûi ñoäng gì theâm. Trong khi thöïc hieän chöông trình heä thoáng, coù theå choïn baát kì mode naøo baèng caùch xuaát ñeán 8255 töø ñieàu khieån. Ñieàu naøy cho pheùp chæ caàn 1 8255 maø coù theå phuïc vuï nhieàu kieåu thieát bò ngoaïi vi.

Caùc cheá ñoä cuûa coång A vaø B coù theå ñònh nghóa rieâng bieät. Coøn coång C ñöôïc chia laøm 2 phaàn cho 2 nhoùm tuøy yeâu caàu ñònh nghóa cheá ñoä coång A vaø B. Ta coù töø ñieàu khieån cho 8255 nhö sau : Control word : D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Nhoùm B Mode set flag Port C 1 : in 1= (phaàn thaáp) 0 : out active port B 1 : in 0 : out Choïn cheá ñoä 0 : mode 0 1 : mode 1 Nhoùm A Port C (phaàn cao) : 1 : in 0 : out port A : 1 : in 0 : out

Choïn mode 00 : mode 0 01 : mode 1 1x : mode 2 Ví duï : 8255 ôû mode 0, port A laø nhaäp, port B,C xuaát. Töø ñieàu khieån : 100100002= 90h Khi CS=0 8255 ñöôïc choïn thì port A coù ñòa chæ 300h

Port B coù ñòa chæ 301h Port C coù ñòa chæ 302h Töø ñieàu khieån : 303h Leänh xuaát nhaäp : Basic :Out &h303, &h90 ; xuaát 90h ra töø ñieàu khieån Out &h301, &hFF ; xuaát FFh ra coång B Inp (&h300) ; nhaäp soá lieäu töø coång A Hôïp ngöõ :Mov dx, 301h Out dx, 0ffh Mov dx, 300h In ax, dx Caâu hoûi vaø baøi taäp: Chöông 3: Giao tieáp qua raõnh caém maùy tính





97

1. Trình baøy yù nghóa caùc loaïi bus : IBM PC bus ISA , EISA, PCI , VMEbus (IEEE 1014).

2. So s aùnh caùc ổ cắm PC, ISA vaø PCI. 3. Caùc thaønh phần của một card gheùp nối trao ñổi tin số song song

thoâng ụng. 4. Nhiệm vuï vaø vai troø c ủa caùc vi mạch ñệm ñường daây ñịa chỉ, dữ

liệu vaø giaûi maõ ñieàu khiển. 5. Thiết kế mạch giải maõ cho caùc ñòa chæ từ 300h tới 307h. 6. Trình baøy heä thoáng bus cuûa maùy tính IBM-AT 7. Thieát keá card peripheral adaptor 16 bit söû duïng vi maïch 74LS244,

74LS245, vaø maïch giaûi maõ 74LS138 duøng giaûi maõ ñòa chæ töø 300h ñeán 31Fh; gaén vaøo raõnh ISA.

8. Thieát keá card thu thaäp döõ lieäu gaén vaøo raõnh ISA, söû duïng vi maïch 8255, A/D 0809, D/A 7520, giaûi maõ ñòa chæ töø 300h ñeán 307h.

9. Caùc ñòa chæ ngoaïi vi ñaõ söû duïng cuûa moät maùy Pentium 2

10. Trình baøy caùc ngaét cuûa maùy Pentium 2. 11. Trình baøy ñaëc ñieåm cuûa card thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån PCI-1711/1718HDU (slot PCI) vaø PCL-818L (slot ISA) cuûa haõng Advantech.

Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [3]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB KHKT, Haø noäi, 2001. [4].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [5].Willis J. Tompkins, John G. Webster, Interfacing sensors to the PC, Prentice Hall 1990. [6].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [7]. PC-AT Technical Reference





98

Chöông 3A: Vi ñieàu khieån

2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35

lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thưc thi trong một chu kỳ

xung Clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20MHz với một chu

kỳ lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình là 8K x 14 bit, bộ nhớ dữ liệu

là 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng

256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

ü Timer0: bộ nhớ 8 bit với bộ chia tần 8 bit.

ü Timer1: bộ nhớ 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng

đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở

chế độ sleep.

ü Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ sportcaler.

ü Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rông xung.

ü Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial port), SPI và

I2C.

ü Chuẩn giao nối tiếp với USART với 9 bit địa chỉ.

ü Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều

khiển RD, WR, CS ở bên ngoài.

ü Các đặc tính Analog:

ü 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.

ü Hai bộ so sánh.

ü Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

ü Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.

ü Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa đươc 1.000.000 lần.

ü Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ được 40 năm.

ü Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.

ü Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ISCP (In Circuit Serial

Programming) thông qua hai chân.





99

ü Watchdog Timer với bộ dao động trong.

ü Chức năng bảo mật mã chương trình.

ü Chế độ sleep.

ü Có thể hoạt động nhiều dạng Oscillator khác nhau. 2.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A





100

2.1.2 TỔ CHỨC BỘ NHỚ:





101

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC 16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (program memory) và bộ nhớ

dữ liệu (Data Memory).

2.1.2a.BỘ NHỚ CHƯƠNG TRÌNH

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC

16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng 8K word (1

word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang ( từ

page 0 đến page 3). Như vậy bộ nhớ chương trình có

khả năng chứa được 8*1024=8192 lệnh (vì một lệnh

sau khi mã hóa sẽ có dung lương 1 word (14 bit).

Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương

trình, bộ đếm chương trình có 13 bit (PC<120>).

Khi vi điều khiển đươc reset, bộ đếm chương trình

sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h

( Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương

trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector).

Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack

và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình.

Bộ nhớ stack sẽ được đề cặp cụ thể trong phần sau.

2.1.2.b.BỘ NHỚ DỮ LIỆU.





102

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia thành nhiều bank. Đối với PIC 16F877A bộ

nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng

đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR

(General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank. Các thanh SFR thường xuyên được sử dụng

(ví dụ như thanh STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bô nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình

truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình.

Hình 2.4.Bộ nhớ dữ liệu của PIC 16F877A

2.1.3 CÁC CỔNG XUẤT NHẬP CỦA PIC16F877A

Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên

ngoài.Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình đó,chức năng của vi điều khiển được thể hiện một

cách rõ ràng.





103

Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân(I/O pin),tùy theo cách bố trí và chức năng của vi

điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau.Bên cạnh đó ,do vi

điều khiển được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất

nhập thông thường,một số chân xuất nhập còn có thêm chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc

tính ngoại vi nêu trên với thế giới bên ngoài.Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có

thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó.

Vi điều khiển PIC 16f877A có 5 cổng xuất nhập bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và

PORTE

2.1.3.a.PORT A

PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin.Đây là các chân ‘hai chiều’(bidirectinal pin),nghĩa là có thể xuất và nhập

được .Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h).Muốn xác lập chức năng của

một chân trong PORTA là input,ta ‘set’ bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược

lại,muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output,ta” clear’ bit điều khiển tương ứng với chân

đó trong thanh ghi TRISA.

Than tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS ( đối với

PORTA là TRIS, đối với PORTB là TRISB,đối với PORTC là TRISC,đối với PORTD la TRISD và đối vơi

PORTE la TRISE). Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung

clock của Timer0 và ngỏ vào của bboj giao tiếp MSSP (Master Svnchronous Serial Port ). Đặc tính này sẽ

được trinh bày.

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA.

TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập.

CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh.

CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp.

2.1.3.b.PORT B

PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB.Bên cạnh đó một

số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp

khác nhau. PORTB còn lien quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện

trowrkeos lên được điều khiển bởi chương trình.

Cấu trúc bên trong và chưc năng cụ thể của từng chân trong PORTB sẽ được trình bày cụ thể trong phụ lục 1.

Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:

PORTB (địa chỉ 06h, 106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB

TRISB (địa chỉ 86h, 186h) : điều khiển xuất nhập

OPTION_(địa chỉ 81h,181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0.

2.1.3.c.PORT C

PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC.

Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chức năng của bộ so sánh, bộ Timer 1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối

tiếp 12C, SPI, USART.

Các thanh ghi điều khiển liên quan đến các pin trong PORTC:

PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC





104

TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.

2.1.3.d.PORT D

PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD. PORTD còn là

cổng dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port).

Cấu trúc bên trong và chức năng cụt hể của từng chân trong PORTD sẽ được trình bày cụ thể trong Phụ lục 1.

Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

Thanh ghi PORTD : chứa giá trị các pin trong PORTD.

Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.

Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP.

2.1.3.e.PORT E

PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của

PORTE có ngõ vào analog.Bên cạnh đó có PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.

Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

PORTE : chứa các giá trị các chân trong PORTE.

TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP.

ADCON1 : thanh ghi điều khiển khối ADC.

2.1.4 CÁC BỘ TIMER 2.1.4.a.TIMER 0

Đây là một trong ba bộ đếm hoặc bộ định thời gian của vi điều khiển PIC 16F877A. Timer0 là bộ đếm 8 bit

được kết nối với bộ chia tần số (prescaler) 8 bit. Cấu trúc của Timer0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác

động và cạnh tích cực của xung clock. Ngắt Timer0 sẽ xuất hiện khi Timer0 bị tràn. Bit TMR0IE

(INTCON<5>) là bit điều khiển của Timer0.TMR0IE=1 cho phép ngắt Timer tác động, TMR0IE=0 không cho

phép ngắt Timer0 tác động.

Sơ đồ khối củaTimer0 như sau:

2.1.4.b.TIMER 1





105

Timer 1 là bộ định thời gian 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh ghi (TMR

1H:TMR1L). Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF (PIR1<0>). Bit điều khiển của Timer1 sẽ là TMR1IE

(PIE<0>).

Tương tự như Timer0, Timer1 cũng có hai chế độ hoạt động: chế độ định thời (timer) với xung kích là xung

clock của oscillator (tần số của timer bằng ¼ tần số của oscillator) và chế độ đếm (counter) với xung kích là

xung phản ánh các sự kiện cần đếm lấy từ bên ngoài thông qua chân RC0?T1OSO/T1CKI (cạnh tác động là

cạnh lên). Việc lựa chọn xung tác động (tương ứng với việc lựa chọn chế độ hoạt động là timer hay counter)

được điều khiển bởi bit TMR1CS (T1CON<1>). Sau đây là sơ đồ khối của Timer1:

Sơ đồ khối TIMER 1

2.1.4.c.TIMER 2

Timer 2 là bộ định thời 8 bit và được hỗ trợ bởi hai bộ chia tần số prescaler và postscaler. Thanh ghi

chứa giá trị đếm của Timer2 và TMR2. Bit cho phép ngắt Timer2 tác động là TMR2ON

(T2CON<2>). Cờ ngắt của Timer2 là bit TMR2IF(PIR1<1>). Xung ngõ vào(tấn số bằng ¼ tần số

oscillator) được dưa qua bộ chia tần số prescaler 4 bit (với các tỉ số chia tần số là 1:1, 1:4, hoặc 1:16

và điều khiển bởi các bit T2CKPS0 (T2CON<1:0>)).

Sơ đồ khối TIMER 2

2.1.5 TẬP LỆNH VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 2.1.5.1.SƠ LƯỢC VỀ TẬP LỆNH PIC

PIC là vi điều khiển có tập lệnh rút gọn RISC(Reduced Instruction Set Coputer) bao gồm 35 lệnh và

chia làm 3 nhóm cơ bản:





106

Nhóm lệnh thao tác trên bit.

Nhóm lệnh thao tác trên byte.

Nhóm lệnh điều khiển.

Đối với dòng vi điều khiển PIC16Fxxx, mỗi lệnh được mã hóa thanh 14 bit wor, bao gồm các bit

opcode ( dùng để xác định lệnh nào được mã hóa) và các bit mô tả hay vài tham số của lệnh.

Đối với nhóm lệnh thao tác trên byte, ta có 2 tham số f (xác định địa chỉ byte cần thao tác) và d (xác

định nơi chứa kết quả thực thi lệnh). Nếu d=0, kết quả sẽ được đưa vào thanh ghi W. Nếu d=1, kết quả

được đưa vào thanh ghi được mô tả bởi tham số f.

Đối với nhóm lệnh thao tác trên bit, ta có hai tham số b(xác định bit cần thao tác) và f (xác định địa

chỉ byte dữ liệu cần thao tác).

Đối với nhóm lệnh điều khiển chỉ có một tham số duy nhất là k (k có thể là 8 bit trong trường hợp các

lệnh bình thường hay 11 bit trong trường hợp là lệnh CALL và lệnh GOTO) dùng để mô tả đối tượng tác

động của vi điều khiển (một label, một hằng số nào đó).

Mỗi lệnh sẽ được vi điều khiển thực thi xong trong vòng một chu kì lệnh, ngoại trừ các lệnh làm thay

đổi giá trị bộ đếm chương trình PC cần 2 chu kì lệnh. Một chu kì lệnh gồm 4 xung clock của oscillator có

tần số 4 MHz thì tần số thực thi lệnh sẽ là 4MHz/4 = 1 MHz, như vậy một chu kì lệnh có thời gian 1 uS.

2.1.5.2.TẬP LỆNH CỦA PIC

2.1.5.2.1 Lệnh ADDLW :Cú pháp: ADDLW k (0…k…255)

Tác dụng: cộng giá trị k vào thanh ghi W, kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi f

nếu d=1. Bit trạng thái: C. DC. Z

2.1.5.2.2 Lệnh ADDWF: Cú pháp: ADDWF f.d (0….f….255,d…[0,1])

Tác dụng: cộng giá trị hai thanh ghi W và thanh ghi f. Kết quả được chứa trong thanh ghi f. Kết quả được

chứa trong thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái: C. DC. Z

2.1.5.2.3 Lệnh ANDL :Cú pháp: ANDLW k(0…k…255

Tác dụng: thực hiện phép toán AND giữa thanh ghi I và k, kết quả được chứa trong thanh ghi W. Bit

trạng thái: Z

2.1.5.2.4 Lệnh ANDWF :Cú pháp: ANDWF f.d (0….f…127, d…[0,1])

Tác dụng: thực hiện phép toán AND các giá trị chứa trong hai thanh ghi W và f. Kết quả được đưa vào

thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi f nếu d= 1.Bit trạng thái: Z

2.1.5.2.5 Lệnh BCF: Cú pháp: BCF f,b (0…f…127, 0….b…..7)

Tác dụng: xóa bit b trong thanh ghi f về giá trị 0.

Bit trạng thái: không có.

2.1.5.2.6 Lệnh BSF :Cú pháp: BSF f,b (0….f…127, 0…b…7

Tác dụng: set bit b trong thanh ghi f. Bit trạng thái: không có

2.1.5.2.7 Lệnh BTFSS: Cú pháp: BTFSS f,b (0…F…127, 0….B..7)

Tác dụng: Kiểm tra bit b trong thanh ghi f. Nếu bit b bằng 0,lệnh tiếp theo thực thi. Nếu bit b bằng 1, lênh

tiếp theo được bỏ qua và thay vào đó là lệnh NOP. Bit trạng thái: không có





107

2.1.5.2.8 Lệnh BTFSC : Cú pháp: BTFSC f,b (0….f..127, 0…b…7)

Tác dụng: kiểm tra bit b trong thanh ghi f. Nếu bit b bằng 1, lệnh tiếp theo được bỏ qua và thay vào đó là

lệnh NOP. Bit trạng thái: không có

2.1.5.2.9 Lệnh CALL: Cú pháp: CALL k (0…k…2047)

Tác dụng: gọi một chương trình con. Trước hết địa chỉ quay trở về từ chương trình con (PC+1) được cất

vào trong Stack,giá trị địa chỉ mới được đưa vào bộ điếm gồm 11bit của biến k và 2 bit PCLATH<4:3>.

Bit trạng thái: không có

2.1.5.2.10.Lệnh CLRF: Cú pháp CLRF f(0 127)

Tác dụng:xóa thanh ghi f và bit Z được set. Bit trạng thái:Z

2.1.5.2.11.Lệnh CLRW :Cú pháp: CLRW

Tác dụng:xóa thanh ghi W và bit Z được set. Bit trạng thái:Z

2.1.5.2.12.Lệnh CLRWDT :Cú pháp:CLRWDT

Tác dụng:reset Watchdog Timer,đồng thời Prescaler cũng được reset,các bit PD và TO được set lên 1. Bit

trạng thái: TO,TD

2.1.5.2.13.Lệnh COMF :Cú pháp:COMF f,d(0≤ f≤127) Tác dụng:đảo các bit trong

thanh ghi f.Kết quả được đưa vào thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:Z

2.1.5.2.14.Lệnh DECF:Cú pháp:DECF f,d(o 127,)

Tác dụng:giá trị thanh ghi f được giảm đi 1 đơn vị.Kết quả được đưa vào thanh ghi W nếu d=o hoặc thanh

ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:Z

2.1.5.2.15.Lệnh DECFSZ: Cú pháp: DECFSZ f,d(0 127)

Tác dụng:giá trị thanh ghi f được giảm 1 đơn vị.Nếu kết quả sau khi giảm khác 0,lệnh tiếp theo được thực

thi,nếu kết quả bằng 0,lệnh tiếp theo không được thực thi và thay vào đó là lệnh NOP.Kết quả được đưa

vào thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái: không có.

2.1.5.2.16.Lệnh GOTO: Cú pháp:GOTO k(o 2047)

Tác dụng:nhảy tới một label được định nghĩa bởi tham số k và 2 bit PCLATH <4:3>. Bit trạng thái:không

có.

2.1.5.2.17.Lệnh INCF:Cú pháp:INCF f, d(0 )

Tác dụng:tăng giá trị thanh ghi f lên 1 đơn vị. Kết quả được đưa vào thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi

f nếu d=1. Bit trạng thái:Z

2.1.5.2.18.Lệnh INCFSZ:Cú pháp: INCFSZ f, d(0 127)

Tác dụng:giá trị thanh ghi f được tăng 1 đơn vị.Nếu kết quả sau khi tăng khác 0,lệnh tiếp theo được thực

thi,nếu kết quả bằng 0,lệnh tiếp theo không được thực thi và thay vào đó là lệnh NOP.Kết quả được đưa

vào thanh ghi W nếu d=0 hoặc thanh ghi f nếu d=1.Bit trạng thái: không có.

2.1.5.2.19.Lệnh IORLW: Cú pháp:IORLW k (0 255)

Tác dụng:thực hiện phép toán OR giữa thanh ghi W và giá trị k.Kết quả được chứa trong thanh ghi W. Bit

trạng thái :Z

2.1.5.2.20.Lệnh IORWF:Cú pháp:IORWF f, d(0 127)

Tác dụng:thực hiện phép toán OR giữa thanh ghi W và f..Kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu d=0

hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:Z





108

2.1.5.2.21.Lệnh RLF:Cú pháp:RLF f, d(0 127)

Tác dụng:dịch trái các bit trong thanh ghi f qua cờ carry. Kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu d=0

hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:C

2.1.5.2.22.Lệnh RETURN:Cú pháp:RETURN

Tác dụng :quay trở về chương trình chính từ một chương trình con.

Bit trạng thái:không có.

2.1.5.2.23.Lệnh RRF:Cú pháp:RRF f, d(0 127)

Tác dụng:dịch phải các bit trong thanh ghi f qua cờ carry. Kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu d=0

hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:không có.

2.1.5.2.24.Lệnh SLEEP:Cú pháp:SLEEP

Tác dụng:đưa vi điều khiển về chế độ sleep.Khi đó WDT bị xóa về 0,bit được xóa về 0,bit ,

được set lên 1,và oscillator không được cho phép hoạt động. Bit trạng thái: ,

2.1.5.2.25.Lệnh SUBLW:Cú pháp:SUBLW k

Tác dụng:lấy giá trị k trừ giá trị trong thanh ghi W.Kết quả được chứa trong thanh ghi W. Bit trạng

thái:C,DC,Z

2.1.5.2.26.Lệnh SUBWF:Cú pháp:SUBWF f, d(0 127)

Tác dụng:lấy giá trị thanh ghi f trừ giá trị trong thanh ghi W.Kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu

d=0 hoặc thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:C,DC,Z

2.1.5.2.27.Lệnh SWAP:Cú pháp:SWAP f, d(0 127)

Tác dụng:đảo 4 bit thấp với 4 bit cao trong thanh f. Kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu d=0 hoặc

thanh ghi f nếu d=1. Bit trạng thái:không có

2.1.5.2.28.Lênh XORLW:Cú pháp:XORLW k (0 255)

Tác dụng:thực hiện phép toán XOR giữa thanh ghi W và giá trị k.Kết quả được chứa trong thanh ghi W.

Bit trạng thái :Z

2.1.5.2.29.Lệnh XORWFCú pháp:XORWF f, d(0 127)

Tác dụng:thực hiện phép toán XOR giữa thanh ghi W và f..Kết quả được chứa trong thanh ghi W nếu d=0

hoặc thanh ghi f nếu d=1.Bit trạng thái:Z

Lập trình C cho pic( Pic C Complier)

CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng Microchip.

Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dịch riêng biết cho 3 dòng PIC khác nhau đó là:

PCB cho dòng PIC 12 bit opcodes

PCM cho dòng PIC 14 bit opcodes

PCH cho dòng PIC 16 và 18 bit

Tất cả 3 trình biên dịch này đuợc tích hợp lại vào trong một chương trình bao gồm cả





109

trình soạn thảo và biên dịch là CCS. Giống như nhiều trình

biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử

dụng PIC trong các dự án. Các chương trình diều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả

cao thông qua việc sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao – Ngôn ngữ C

Giao diện PICC

Khai báo đầu chương trình

- #include <16f877a.h> dòng này giúp cho trình biên dịch biết loai pic đang sử dụng

- #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD,

NOWRT đây là dòng khai báo phần cứng của pic

- #use delay(clock=4000000) khai báo tần số giao động ngoài là 4MHz (có thể sử dụng tối đa 20MHz )

- #device *=16 ADC=8 khai báo cho trình biên dịch biết chúng ta sử dụng con trỏ 16bit và bộ chuyển đổi

ADC





110

CHÖÔNG 4: LAÄP TRÌNH CHO MAÙY TÍNH ÑIEÀU KHIEÅN 4.0. Caùc ngoân ngữ lập trình Hợp ngữ , Qbasic, Pascal, C, Delphi, C++/VisualC++/BorlandC++Builder, Visual

Basic. Khi ño löôøng ñieàu khieån duøng maùy tính ta thöôøng gaëp vaán ñeà xuaát moät döõ lieäu

8 bit ra moät thanh ghi hay ñoïc döõ lieäu 8 bit töø thanh ghi vaøo moät bieán. Vaán ñeà naøy ñöôïc giaûi quyeát deã daøng bôûi caùc ngoân ngöõ laäp trình nhö hôïp ngöõ,

hay caùc ngoân ngöõ laäp trình caáp cao chaïy trong moâi tröôøng DOS nhö QBasic, Pascal, vaø C. Ngoaøi ra coøn coù caùc ngoân ngöõ laäp trình nhö Turbo C++/Borland C++/ Visual C++/ Borland C++ Builder, Borland Delphi, vaø Visual Basic.

Caùc ngoân ngöõ vaø heä ñieàu haønh cho laäp trình thôøi gian thöïc: -Yeâu caàu thôøi gian thöïc cho ngoân ngöõ vaø heä ñieàu haønh. -Caùc ngoân ngöõ : ADA, BASIC, C, Pascal vaø Modula-2, Fortran, C++, Visual C++, Delphi, Visual Basic, Java. -Caùc heä ñieàu haønh : MS-DOS, Windows 95/98/2000, Windows Xp/Vista/7, VAX/VMS, UNIX/Linux, OS-9. Giôùi thieäu Visual Basic 6.0: baïn ñoïc xem theâm caên baûn veà Visual Basic 6.0 trong giaùo trình Laäp trình Visual Basic. Baïn ñoïc xem phuï luïc cuoái saùch coù trình baøy caùc ñieàu cô baûn veà Visual Basic 6.0. Giôùi thieäu C++ Builder:





111

BORLAND C++ BUILDER 1.Caên baûn C++: (a)Pheùp toaùn soá hoïc vaø logic Pheùp toaùn soá hoïc: Pheùp toaùn yù nghóa Ví duï: + Pheùp coäng a+b - Tröø a-b * Nhaân a*b / Chia a/b % Laáy phaàn dö a%b ++ taêng 1 a++ -- giaûm 1 a-- Pheùp toaùn quan heä vaø logic Pheùp toaùn yù nghóa Ví duï: > lôùn hôn a>b >= lôùn hôn hay baèng a>=b < nhoû hôn a<b <= nhoû hôn hay baèng a<=b == coù baèng nhau khoâng a= =b != coù khaùc nhau khoâng a!b ! phuû ñònh !a && vaø a&&b || hoaëc a||b Pheùp gaùn: Bieán=bieåu thöùc. Thí duï : a=2 b=a+c (b)Kieåu döõ lieäu. Haèng vaø bieán, maûng: -Kieåu kyù töï : char, giaù trò 0-255, 1 byte Thí duï: char a -Kieåu soá nguyeân: int, giaù trò töø -32768 ñeán 32767, 2 byte. Thí duï: int a; a=4 -Kieåu soá daáu phaåy ñoäng ñoä chính xaùc ñôn: float. Phaïm vi 1.5e-45 ñeán 3.4e+38, 4 byte Thí duï: float a; a=3.2 -Kieåu soá daáu phaåy ñoäng ñoä chính xaùc gaáp ñoâi: double, phaïm vi 5.0e-324 ñeán 1.7e+308, 8 byte Thí duï: double b; -Kieåu maûng: a[5]; Bieán: moïi bieán can khai baùo tröôùc khi söû duïng. Cuù phaùp: type teân bieán; Thí duï: int a,b,c; Haèng laø caùc ñaïi löôïng maø giaù trò cuûa noù khoâng bò thay ñoåi trong quaù trình tính toaùn.





112

Thí duï: ‘a’, 34, 0x12. (c)Leänh ñieàu kieän Leänh reõ nhaùnh : Daïng 1: If (bieåu thöùc) caâu leänh 1; Else caâu leänh 2; Daïng 2: If (bieåu thöùc) caâu leänh 1; Thí duï: if (a>b) max=a; else max=b; (d)Leänh voøng laëp: For: For (bieåu thöc1;bieåu töùc 2; bieåu thöùc 3) Caâu leänh Thí duï: for(i=0;i<5;--i) Cout<<I; While: While(bieåu thöùc) Caâu leänh; Thí duï: x[]=4,6,8,3.5; y[]=2.6,3.2,4,7; float s=0; int i=0; while (1) // bieåu thöùc luoân ñuùng s=s+x[i]*y[i]; Do-while: Do Caâu leänh While (bieåu thöùc) Thí duï: int a=0; do a=a+1; while (a<10) ; (e)Haøm: -Haøm nhaäp : cin Thí duï: cin>>a; -Haøm xuaát: cout Thí duï: cout<< ”Nhap 1 so:” Cin>>i; Ñoái vôùi C : Haøm xuaát keát quaû ra maøn hình : printf(doøng ñieàu khieån, v1,v2,..,vk) Haøm nhaäp soá lieäu töø baøn phím: scanf(“t1t2..tk,&v1,&v2,..,&vk); Duøng ñaëc taû %d ñoái vôùi bieán nguyeân vaø %f ñoái vôùi bieán thöïc. Cuù phaùp: Type ten-ham([danh sach doi so]) [khai baùo kieåu cho caùc ñoái]





113

[khai baùo kieåu giaù trò cho caùc bieán cuïc boä] caùc caâu leänh [return([bieåu thöùc]);] Söû duïng haøm: ten-ham(danh sach cac tham so thuc]) Thí duï: Haøm truyeàn theo trò Max3s(a,b,c) Float a,b,c; float x; x=a>b?a:b; printf(“%10.2f”,x); Thí duï: Haøm hoan_vi(x,y) minh hoïa truyeàn theo tham chieáu duøng bieán con troû. void hoan_vi(px,py) Float *px,*py; float z; z=*px; *px=*py; *py=z; Trong chöông trình chính: #include<iostream.h> #include<stdio.h> #include <conio.h> main() float x,y; x=3.5; y=7.2; hoan_vi(&x,&y); printf(“x= %8.2f y=%8.2f”,x,y); getch(); Thöïc hieän chöông trình: x=7.2 y=3.5 Thí duï: Phöông phaùp laäp trình höôùng ñoái töôïng: + Khaùi nieäm trung taâm cuûa laäp trình höôùng ñoái töôïng laø lôùp (class). Coù theå xem lôùp laø söï keát hôïp caùc thaønh phaàn döõ lieäu vaø caùc haøm. Cuõng coù theå xem lôùp laø söï môû roäng cuûa





114

caáu truùc trong C (struct) baèng caùch ñöa theâm caùc phöông thöùc (method) hay coøn goïi laø haøm thaønh vieân (member function). Moät lôùp ñöôïc ñònh nghóa nhö sau: class Teân_lôùp /Khai baùo caùc thaønh phaàn döõ lieäu //Khai baùo caùc phöông thöùc ; +Caùc phöông thöùc coù theå ñöôïc xaây doing bean trong hoaëc bean ngoaøi (phía döôùi) phaàn ñònh nghóa lôùp. Caáu truùc phöông thöùc töông töï nhö haøm ngoaïi tröø quy taéc sau: khi xaây döïng moat phöông thöùc bean ngoaøi ñònh nghóa lôùp thì trong doøng ñaàu tieân can duøng teân lôùp vaø 2 daáu : ñaët tröôùc teân phöông thöùc ñeå chæ roõ phöông thöùc thuoäc lôùp naøo. + Söû duïng caùc thaønh phaàn döõ lieäu trong phöông thöùc: vì phöông thöùc vaø caùc thaønh phaàn döõ lieäu thuoäc cuøng moat lôùp vaø vì phöông thöùc ñöôïc laäp neân coat ñeå xöû lí caùc thaønh phaàn döõ lieäu, neân trong thaân cuûa phöông thöùc coù quyeàn truy nhaäp ñeán caùc thaønh phaàn döõ lieäu (cuûa cuøng lôùp). +Bieán lôùp: sau khi ñònh nghóa moat lôùp, coù theå duøng teân lôùp ñeå khai baùo caùc bieán kieåu lôùp hay coøn goïi laø ñoái töôïng. Moãi ñoái töôïng seõ coù caùc thaønh phaàn döõ lieäu vaø caùc phöông thöùc. Lôøi goïi moat phöông thöùc can chöùa teân ñoái töôïng ñeå xaùc ñònh phöông thöùc thöïc hieän töø ñoái töôïng naøo. + Moät chöông trình höôùng ñoái töôïng seõ bao goàm caùc lôùp coù quan heä vôùi nhau. +Vieäc phaân tích, thieát keá chöông trình theo phöông phaùp höôùng ñoái töôïng nhaèm thieát keá , xaây döïng caùc lôùp. +Töø khaùi nieäm lôùp naûy sinh haøng loaït khaùi nieäm khaùc nhö : thaønh phaàn döõ lieäu, phöông thöùc, phaïm vi, söï ñoùng goùi, haøm taïo, haøm huûy, söï thöøa keá, lôùp cô sôû, lôùp daãn xuaát, töông öùng boäi, phöông thöùc aûo,.. +Öu ñieåm cuûa vieäc thieát keá höôùng ñoái töôïng laø taäp trung xaùc ñònh caùc lôùp ñeå moâ taû caùc thöïc theå cuûa baøi toaùn. +C++ laø ngoân ngöõ lai, noù cho pheùp söû duïng caû coâng cuï cuûa lôùp vaø haøm. Ñaây laø coâng cuï laäp trình höôùng ñoái töôïng. Caøi ñaët duøng Turbo C++ 3.0 hay Borland C++ 3.1/5.0/C++ Builder/Visual C++. Taäp tin löu coù ñuoâi laø .CPP. Thí duï: Tìm ñoä daøi lôùn nhaát ñi qua hai ñieåm. Thöïc theå laø daõy ñieåm. Caùc thaønh phaàn döõ lieäu cuûa daõy ñieåm goàm: -Bieán nguyeân laø soá ñieåm cuûa daõy. -Con troû x kieåu thöïc troû ñeán vuøng nhôù chöùa day hoaønh ñoä. -Con troû y kieåu thöïc troû ñeán vuøng nhôù chöùa day tung ñoä. Caùc phöông thöùc can ñöa vaøo theo yeâu caàu baøi toaùn laø: -Nhaäp toaï ñoä moat ñieåm. -Tính ñoä daøi ñoaïn thaúng ñi qua hai ñieåm. Chöông trình nhö sau: #include<iostream.h> #include<stdio.h> #include<conio.h>





115

#include<math.h> #include<alloc.h> Class daydiem public: int n; float *x,*y; float do_dai(int I, int j) return sqrt(pow(x[i]-x[j],2)+pow(y[i]-y[j],2)); void nhapsl(void); ; void daydiem::nhapsl(void) int I; printf(“\nSo diem N=”); scanf(“%d”,&n); x=(float*)malloc((n+1)*sizeof(float)); y=(float*)malloc((n+1)*sizeof(float)); for(i=1;i<=n;++i) printf(“\nNhap toa do x, y cua diem thu %d:”,i); scanf(“%f%f”,&x[i],&y[i]); void main() daydiem p; p.nhapsl(); int n,I,j,imax,jmax; float d,dmax; n=p.n; dmax=p.do_dai(1,2);imax=1;jmax=2; for(i=1;i<=n;++i) for(j=i+1;j<=n;++j) d=p.do_dai(i,j); if (d>dmax) dmax=d; imax=I; jmax=j;





116

printf(“\nDoan thang lon nhat co do dai bang:%0.2f”,dmax); printf(“\nDi qua 2 diem co chi so laø %d vaø %d”,imax,jmax); getch(); 2. Löu ñoà giaûi thuaät:

Phöông phaùp laäp trình laø phaân tích baøi toaùn lôùn thaønh caùc baøi toaùn cô baûn maø ta coù theå duøng caùc leänh cô baûn giaûi quyeát. Moät phöông phaùp laø xaây döïng löu ñoà. Qui trình xaây döïng chöông trình : a. Nhìn vaø nghe : vaán ñeà gì caàn giaûi quyeát, caùi gì ñaõ cho, caùi gì caàn tìm, coù theå veõ moät löu ñoà (flow

chart) ñeå dieãn taû chöông trình hoaït ñoäng nhö theá naøo. b. Vieát chöông trình theo ngoân ngöõ assembly söû duïng caùc ñieàu ñaõ cho ñeå giaûi quyeát baøi toaùn theo yeâu

caàu ñaàu ra. c. Nhaäp chöông trình vaøo maùy tính d. Chuyeån maõ ngöõ cho chöông trình (assembling) e. Cho chaïy chöông trình f. Ñaùnh giaù keát quaû g. Baûo trì Söû duïng caùc kyù hieäu sau: Kí hieäu baét ñaàu/keát thuùc Nhaäp/xuaát Leänh/thao taùc Leänh reõ nhaùnh Goïi chöông trình con Ví duï : Vieát chöông trình nhaäp 1 soá vaø in ra trò soá tuyeät ñoái cuûa soá ñoù. Veõ löu ñoà giaûi thuaät : Baét ñaàu Nhaäp 1 soá Tính trò tuyeät ñoái In keát quaû Keát thuùc

#include<iostream.h> #include<stdio.h> #include<math.h>





117

#include<conio.h> void main() float a,b; printf(“\nNhap mot so:”); scanf(“%f”,&a); b=(float)fabs((double)a);/*tinh tri tuyet doi cua a*/ printf(“Tri tuyet doi cua %8.2f la %8.2f”,a,b); getch(); Löu chuông trình vôùi teân laø tinhttd.cpp 3. Giôùi thieäu IDE cuûa C+ + Builder -Khôûi ñoäng : Double-click chuoät vaøo bieåu töôïng C++ Builder Maøn hình C++ Builder 1.0 nhö sau :

H1.15 Project môùi taïo ta laø project 1, unit1.cpp, vaø Form1 -Treân cuøng laø menu : File, Edit, Search, View, Project, Run, Component, Database, Tools, Options, vaø Help. Cöûa soå treân cuøng chia laø hai phaàn chính : caùc thanh coâng cuï nhanh(speedbar) ôû bean traùi vaø Component Palette ôû bean phaûi. Thanh coâng cuï nhanh cung caáp caùc taùc vuï truy xuaát nhanh baèng caùch click chuoät nhö môû file, löu vaø bieân dòch project. Component palette chöùa chuoãi caùc thaønh phaàn maø ta thaû vaøo vaøo form, nhö laø text label, edit control, list





118

box.. Cöûa soá döôùi speed bar vaø component palette laø Object Inspector ôû bean traùi vaø cöûa soå Form bean phaûi, döôùi form laø maøn hình soïan thaûo leänh. Object Inspector coù 1 hay 2 tab tuøy thuoäc component hieän ñöôïc choïn. Tính chaát (property) cuûa component chæ ra caùch component hoïat ñoäng. 4. Th í dụ: Thí duï 1 : Chöông trình Hello World -Choïn File, New. Cöûa soå sau xuaát hieän:

H1.16

-Choïn Application vaø Ok. Maøn hình C++ Builder xuaát hieän nhö hình 1.16 vôùi project 1, coù unit 1.cpp vaø Form 1. -Nhaáp chuoät vaøo Component palette, choïn Label (A) vaø thaû vaøo Form1. Trong Object inspector , Caption property : Label 1 ñang saùng . Choïn muïc naøy vaø goõ Hello world thay cho Label 1.

- Nhaán Run hay nhaán F9, hay choïn menu Run, Run - Quaù trình bieân dòch hoøan taát vaø chöông trình thöïc thi :





119

H1.17 - Löu File, Save .Choïn unit1.cpp laø helloworld.cpp vaø project1 laø helloworld.mak Maõ nguoàn helloworld.cpp: #include "helloworld.h" //--------------------------------------------------------------------------- #pragma resource "*.dfm" TForm1 *Form1; //--------------------------------------------------------------------------- __fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner) : TForm(Owner) //------------- -Muoán taïo taäp tin helloworld.exe, choïn Menu Project, Make(Ctrl +F9)

H1.18 Coù theå choïn Project, Build All Thí duï 2: Chöông trình Hello world –Win 32 Console Application chaïy ôû DOS. -Khôûi ñoäng C++ Builder -Choïn File, New Maøn hình Object Repository (H1) xuaát hieän, ta choïn Console App , OK Ñeå taïo 1 project :





120

H1.19 Project1.cpp ban ñaàu nhö sau : //--------------------------------------------------------------------------- #include <vcl\condefs.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #pragma hdrstop //--------------------------------------------------------------------------- USERES("Project1.res"); //--------------------------------------------------------------------------- int main(int argc, char **argv) return 0; //--------------------------------------------------------------------------- -Löu project1 vôùi teân môùi Hello





121

H1.20 -Vieát laïi chöông trình hello.cpp nhö sau : //--------------------------------------------------------------------------- #include <vcl\condefs.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <iostream.h> //them 2 dong #include <conio.h> // nay #pragma hdrstop //--------------------------------------------------------------------------- USERES("Hello.res"); //--------------------------------------------------------------------------- int main(int argc, char **argv) cout< <"Hello world"<<endl; cout< <endl<<"Press any key to continue.."; getch(); return 0; //--------------------------------------------------------------------------- -Chaïy chöông trình: Run, Run (F9):





122

H1.21 Nhaán phím baát kì ñeå tieáp tuïc. -Taïo taäp tin hello.exe: choïn menu Project, Make (Ctrl+F9) hay Project, Build All.

4.1. LAÄP TRÌNH XUAÁT NHAÄP NGOAÏI VI 4.1.1.Laäp trình xuaát nhaäp

a.Laäp trình hôïp ngöõ Xuaát data ra coång coù ñòa chæ address Mov dx, address Mov ax,data out dx, ax Nhaäp soá lieäu töø coång coù ñòa chæ address Mov dx, address in ax, dx mov data, ax b. Duøng ngoân ngöõ QBasic :

Leänh xuaát döõ lieäu ra coång : OUT ñòa chæ coång, döõ lieäu Ví duï : OUT &H303, &h80 ; xuaát ra töø ñieàu khieån coù ñòa chæ 303h moät soá 80h, ñeå port A, B, C xuaát, hoaït ñoäng ôû mode 0 OUT &h304, &hF; xuaát Fh ra coång A coù ñòa chæ 304h Leänh ñoïc döõ lieäu töø coång : INP(ñòa chæ coång) Ví duï : INP (&h304); ñoïc döõ lieäu töø coång A

Caùch söû duïng töø ñieàu khieån vaø laäp trình cho 8255 PPI 8255A (U5) coù töø ñieàu khieån coù ñòa chæ 303h/307h Port A coù ñòa chæ 300h/304h

Port B coù ñòa chæ 301h/305h





123

Port C coù ñòa chæ 302h/306h PPI 8255A (U9) coù töø ñieàu khieån coù ñòa chæ 30Bh/30Fh Port A coù ñòa chæ 308h/30Ch

Port B coù ñòa chæ 309h/30Dh Port C coù ñòa chæ 30Ah/30Eh Thí duï 1: vieát chöông trình ñeøn chaïy (duøng port a cuûa 8255(1)-U5 ñieàu khieån led) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Baøi giaûi :

CLS OUT &H303,&H80 DO OUT &H304,&H0 SLEEP 1 OUT &H304,&H1 SLEEP 1 OUT &H304,&H2 SLEEP 1 OUT &H304,&H4 SLEEP 1 OUT &H304,&H8 SLEEP 1 OUT &H304,&H10 SLEEP 1 OUT &H304,&H20 SLEEP 1 OUT &H304,&H40 SLEEP 1 OUT &H304,&H80 SLEEP 1 LOOP WHILE INKEY$= ” “ END





124

Thí duï 2 :Chöông trình hieån thò chöõ C : (duøng moâñun MPE303) Port b (ñòa chæ 309h) ñieàu khieån haøng, Port C (ñòa chæ 30Ah) ñieàu khieån coät cuûa ma traän led. (duøng 8255(2)-U9) Baøi giaûi :

CLS OUT &H30b,&H80 DO OUT &H309,&H1 OUT &H30A,&HFF SLEEP 1 OUT &H309,&HFF OUT &H30A,&H1 SLEEP 1 OUT &H309,&H40 OUT &H30A,&HFF SLEEP 1 LOOP WHILE INKEY$= ” “ END c. Pascal Duøng leänh port Xuaát döõ lieäu ra ñòa chæ reg: Port[reg]:=data;

Nhaäp soá lieäu ôû port ñòa chæ reg vaøo bieán valve: Valve:=port[reg]; d.Laäp trình C/ C+ +/Microsoft Visual C++/ Borland C++ Builder Turbo C 2.0 Xuaát : outportb (address,data );

outportb (0x21, 0x80h);/* xuaát döõ lieäu 80h ra ñòa chæ 21h*/

Nhaäp :

inportb(0x21) /* Ñoïc döõ lieäu töø coång coù ñòa chæ 21h */

Turbo C 2.0 coù caùc haøm :

Inportb : ñoïc byte outportb: xuaát byte

Inportw: ñoïc töø outportw: xuaát töø

Turbo C++ 3.0/Borland C+ + 3.1/5.0/C ++ Builder : Duøng leänh INP vaø OUTP Nhaäp: Control=inp(0x61) Xuaát : Outp(0x43,0xb6)

Visual C++ 6.0 coù caùc haøm vaø thuû tuïc :





125

Inp : ñoïc byte Outp : xuaát byte Inpw : ñoïc moät töø Outpw : xuaát moät töø Inpd : ñoïc töø keùp Outpd: xuaát töø keùp e.Delphi Duøng hôïp ngöõ : Function inport(address : word): byte; Var data: word; Begin Asm Mov dx,address In ax,dx Mov data,ax End; Inport:=data; end; Procedure outport(address : word;data:word); Begin Asm Mov dx,address Mov ax, data Out dx,ax End;

End; f. Visual Basic

Khoâng hoã trôï xuaát nhaäp port, ta phaûi duøng thö vieän lieân keát ñoäng ( dynamic link library DLL).

4.1.2. Vieát file lieân keát ñoäng DLL File thö vieän lieân keát ñoäng coù ñuoâi .dll Taïi sao caàn ñeán DLL

1. Chia xeû maõ leänh, taøi nguyeân vaø döõ lieäu giöõa nhieàu tuyeán trình. 2. Che daáu vieäc caøi ñaët. 3. Taïo caùc thaønh phaàn ñieàu khieån.

4.1.2.1. Duøng BORLAND DELPHI I. Giôùi thieäu Delphi 3.0/5.0: 1.1.Laøm quen Delphi 3.0 Khôûi ñoäng Delphi:





126

Thí duï 1: Chöông trình Hello, world: . Choïn File, New, Application töø trình ñôn Delphi taïo cho baïn moät cöûa soå Form ñaët trong unit1.pas vaø taäp tin döï aùn project1.dpr. . Choïn File, Save All. Ñaët teân unit laø MainFrm.pas thay cho unit1.pas vaø ñaët teân döï aùn laø Hellowin.dpr thay cho project1.dpr. .Trong baûng coâng cuï Standard choïn ñoái töôïng Label (A) vaø ñaët vaøo cöûa soû Form. .Trong cöûa soå Object Inspector, nhaäp thuoäc tính cho ñoái töôïng Label nhö sau: Caption : Hello World Font : Times New Roman, size 12, Bold Nhaán Ctrl+ F9 ñeå bieân dòch vaø Nhaán F9 ñeå thöïc thi.





127

Chaïy chöông trình : Run, Run hay nhaán F9

Thí duï 2: Chöông trình Hello, world theo phong caùch Pascal: .Choïn File, New töø trình ñôn .Trong New Items choïn Application. Baám OK. . Choïn File, Close vaø choïn No khi Delphi hoûi baïn coù muôùn löu Unit1.pas khoâng. Ta chöa duøng Form trong phaàn naøy.





128

. Choïn File, Save All. Delphi yeâu caàu baïn ñaët teân cho chöông trình . Haõy goõ vaøo teân Helloworld.dpr thay cho teân project1.dpr. . Choïn View, Project Source.. Maõ nguoàn chöông trình nhö sau:

program Project1; uses Forms; $R *.RES begin Application.Initialize; Application.Run; end. Haõy loïai boû taát caû caùc leänh trong boä khung do Delphi ñònh saün, vieát laïi chöông trình theo thí duï sau:





129

Maõ nguoàn nhö sau: program Helloworld; uses Forms; $APPTYPE CONSOLE $R *.RES begin writeln('Hello world'); readln; end. Nhaán Ctrl+F9 ñeå bieân dòch vaø nhaán F9 ñeå chaïy chöông trình(khaùc vôùo Pascal, F9 ñeå bieân dòch coøn Ctrl+F9 ñeå chaïy chöông trình). 1.2. Ngoân ngöõ Object Pascal

1) Moät chöông trình goàm ba phaàn: . Phaàn tieâu ñeà daønh cho chöông trình. . Meänh ñeà uses (tuøy choïn). . Caùc khai baùo khoái cuõng nhö caâu leänh ñieàu khieån. Thí duï: Caáu truùc chöông trình chính

1 program Editor; 2 3 uses





130

4 Forms 5 Reabout in ‘REABOUT.PAS’ About Box; 6 ReMain in ‘ReMain.PAS’ Main Form; 7 8 $R*.RES 9 10 Begin 11 Application. Initialize; 12 Application. CreateForm(TmainForm, MainForm); 13 Application.Run; 14 End. Chöông trình baét ñaàu baèng töø khoùa program theo sau laø teân chöông trình vaø daáu chaám phaåy(;). Phaàn thaân chöông trình baét ñaàu baèng töø khoùa begin sau ñoù laø noäi dung , keát thuùc baèng end vaø daáu chaám (.). Chuù yù caùc kyù hieäu 1,2,3,.. nhaèm giaûi thích chöông trình.

2) Caáu truùc unit vaø cuù phaùp: Unit laø moät ñôn theå ñoäc laäp cuûa chöông trình. Unit bao goàm caùc khai baùo kieåu (bao goàm caû khai baùo lôùp), haèng bieán, vaø caùc thuû tuïc vaø haøm. Maõ nguoàn cuûa moãi unit ñöôïc ñaët trong taäp tin .PAS. Moãi unit baét ñaàu baèng tieâu ñeà, tieáp ñeán laø phaân ñoaïn interface, implementation, initialization vaø finalization (phaân ñoaïn initialization vaø finalization laø tuøy choïn). Boä khung unit coù theå trình baøy nhö sau.: Thí duï: Unit unit1; teân unit Interface Uses lieät keâ caùc unit khaùc caàn söû duïng phaân ñoaïn khai baùo caùc haøm giao tieáp implementation uses lieät keâ caùc unit caàn cho quaù trình caøi ñaët phaân ñoaïn caøi ñaët cho noäi dung unit initialization phaân ñoaïn cho khôûi taïo unit finalization phaân ñoaïn daønh cho quaù trình keát thuùc end.

*Tham chieáu nhieàu unit vaø tham chieáu unit giaùn tieáp Thí duï: Uses A, B; Begin goïi haøm Getname cuûa B B.Getname; goïi haøm Getname cuûa unit A A.Getname; 3)Kieåu lôùp





131

Caàn khai baùo tröôùc khi taïo ñoái töôïng. Cuù phaùp : Type classname=class (ancestor class) Memberlist End; Thí duï: type TmyObject=class …. End; Vaø type TmyObject=class (Tobject)

…. End;

Lôùp (class) ñöôïc duøng ñeå ñònh nghóa moät caáu truùc döõ lieäu bao goàm caùc thaønh phaàn: tröôøng, phöông thöùc vaø thuoäc tính. Moät bieán khai baùo theo kieåu lôùp cuï theå goïi laø ñoái töôïng. Thí duï: khai baùo lôùp TlistColumns trong unit Controls. Phöông thöùc khôûi döïng: Create() Phöông thöùc huûy: Free() Baïn ñoïc tìm hieåu veà Turbo Pascal neân ñoïc theâm taøi lieäu cuûa caùc taùc giaû Nguyeãn trung tröïc, Ñoaøn Nguyeân Haûi vaø Nguyeãn Duõng, Laäp trình caên baûn, ÑHBK Tp. HCM, 1997. Baïn ñoïc nghieân cöùu veà Borland Delphi neân ñoïc theâm taøi lieäu cuûa Leâ Phöông Lan, Lyù thuyeát vaø Baøi taäp Borland Delphi, NXB GD, 2000. II. Taïo thö vieän lieân keát ñoäng PortLib .DLL: 1.Khôûi ñoäng Delphi. 2.Choïn File, New. Trong New Items choïn DLL

Baám OK 3.Maøn hình DLL xuaát hieän nhö sau:





132

Maõ nhö sau : library Project1; uses SysUtils, Classes; begin end. 4.Teân project ban ñaàu laø Project1. Choïn File, Save All choïn teân project laø PortLib.dll Ta cheøn caùc leänh sau vaøo tröôùc begin : taïo PortLib.dll library PortLib; uses Windows,Messages; Procedure Outport(Adr:word;Data:word);export;Stdcall; begin asm mov dx,adr mov ax,data out dx,ax end;





133

end; Function Inport(Adr:word):byte;export;Stdcall; var data:word; begin asm mov dx,adr in ax,dx mov data,ax end; inport:=data; end; exports khai bao cac chuong trinh Outport index 1, inport index 2; begin end. 5.Choïn Menu Project, Build All ñeå Delphi taïo ra taäp tin lieân keát ñoäng PortLib.dll Thí duï : Trong Visual Basic ta seõ vieát hai doøng khai baùo, ví duï nhö : Public Declare Sub outport Lib “PortLib”(By val Adr As long, By val Data As long) Public Declare Function Inport Lib “PortLib”(By val Adr As long)As byte. 4.1.2.2. Duøng VISUAL C Taïo file lieân keát ñoäng .dll duøng Visual C++ 6.0

vieát thö vieän ñaët teân laø INOUT.dll goàm thöôøng trình xuaát ra port ñaët teân OUTPORT vaø thöôøng trình nhaäp döõ lieäu INPORT. Ñaàu tieân duøng phaàn meàm soaïn vaên baûn vieát hai file .DEF(define) vaø .CPP(chöông trình C++). INOUT.DEF listing: ………………… …… Library inout Description dll for I/O card Exports Outport @1 Inport @2 ………………… ….

Haøng ñaàu laø teân file INOUT, haøng thöù hai laø chuù thích, caùc haøng sau lieät keâ teân caùc chöông trình trong thö vieän. Sau teân thöôøng trình laø daáu @ vaø soá thöù töï. INOUT.CPP listing: // file nguoàn.CPP cho INOUT.dll #include<stdio.h> #include<conio.h> //chöùa haøm INP vaø OUTP





134

Short-stdcall OUTPORT(int PortAddress, int PortData) Short Dummy; Dummy=(Short)(-outp(PortAddress, PortData)); Return(Dummy); ; Short-stdcall INPORT(int PortAddress) Short PortData; PortData=(Short)(-inp(PortAddress); Return(PortData); ;

Sau khi ñaõ soaïn xong hai file .def vaø .cpp ta caát vaøo moät thö muïc . Thí duï C:\port. Vaøo Visual C choïn File-New-Projects-Win32DLL ñaùnh teân INOUT vaø ñòa chæ C:\port\INOUT roài baám OK. Maøn hình INOUT- Microsoft Developper Studio seõ xuaát hieän vaø project INOUT classes ñöôïc taïo ra, ta seõ coäng theâm hai file INOUT.def vaø INOUT.cpp vaøo project INOUT roài baám FILE-SAVE ALL.

Sau khi taïo ra project INOUT , baám Build vaø choïn Build INOUT.dll, neáu khoâng coù gì sai soùt file INOUT.dll seõ ñöôïc taïo ra vaø caát trong C:\port\INOUT\debug. Sau ñoù caát file vaøo thö muïc heä thoáng cuûa Windows, ví duï C:\Windows.

Caùc chöông trình vieát treân ngoân ngöõ khaùc nhö Delphi, Visual Basic coù theå goïi haøm INPORT vaø OUTPORT sau khi ñaõ khai baùo caùc haøm naøy vaø INOUT.dll. Thí duï : Trong Visual Basic ta seõ vieát hai doøng khai baùo, ví duï nhö : Public Declare Sub outport Lib “INOUT”(By val Adr As long, By val Data As long) Public Declare Function Inport Lib “INOUT”(By val Adr As long)As byte. Private cho bieát caùc haøm vaø thöôøng trình sau Declare laø cuïc boä. Sau Declare ta vieát Function neáu traû veà trò, coøn khoâng duøng SUB, sau ñoù laø teân. Töø Lib vaø keøm theo cho bieát nôi tìm taäp tin dll, thöôøng phaûi keøm ñöôøng daãn. Sauk hi ñaõ khai baùo ta coù theå söû duïng caùc haøm vaø chöông trình con:

Thí duï : Muoán xuaát giaù trò val ra ñòa chæ 300h, ta vieát : Dummy=OUTPORT(768,val)

Dummy laø bieán nguyeân ñaõ khai baùo (Dim Dummy as Integer;) Muoán nhaäp moät trò ôû ñòa chæ ControlPort vaøo bieán Value ta vieát: Value=import(ControlPort);

4.1.3. Ví duï laäp trình card chuyeån ñoåi AD ICL 7109 Vi maïch ADC ICL 7109 chuyeån ñoåi tín hieäu analog ra daïng soá nhò phaân 12 bit

vaø cho pheùp gheùp noái vôùi maùy tính qua vi maïch giao tieáp song song 8255 duøng hai port A vaø port B, port C ñieàu khieån caùc chaân LBEN, HBEN, R/H.

Vi maïch ICL 7109 hoaït ñoäng ôû mode direct, khi R/H=1 chuyeån ñoåi lieân tuïc, khi R/H=0 seõ ngöøng chuyeån ñoåi.

Khi LBEN ôû möùc 0 thì xuaát byte thaáp ra portA, khi HBEN ôû möùc 0 thì xuaát byte cao goàm 4 bit döõ lieäu cao, DPL (cöïc tính) OR (quaù taàm) vaø status(traïng thaùi).





135

Hình 4.1 Quaù trình ñoïc keát quaû nhö sau: Cho R/H lean möùc cao ñeå baét ñaàu chuyeån ñoåi, sau ñoù chôø status xuoáng möùc 0 ñoåi xong, roài cho /LBEN vaø /HBEN möùc 0 ñeå ñoïc döõ lieäu vaøo.





136

Qui ñònh ñòa chæ cuûa caùc thanh ghi vi maïch 8255 n hö sau: portA=3-4h, portB=305h, portC=306h,ctrlReg=307h. Vieát chöông trình ñieàu khieån chuyeån ñoåi A/D duøng ngoân ngöõ C++.

#include<iostream.h>

#include<conio.h>

wait_aseccond()

for(int i=0;i<=30000;i++) ;

main()

int portA=0x300h, portB=0x305,portC=0x306,ctrlReg=0x307;

float adc;

int i;

outportb(ctrlReg,0x92);/*8255 coù portA, portB: nhaäp; portC: xuaát*/

outportb(portC,0x04); /*R/H=1: chuyeån ñoåi*/

wait_aseccond(); /* chôø 1giaây, status=0 (PB6)*/

outportb(portC,0x00);/* R/H=0: ngöøng chuyeån ñoåi*/

adc=inportb(portB); /*ñoïc vaøo 4 bit cao*/

adc=adc*256; /*dòch traùi 8 bit*/

adc=adc | inportb(portA); /*ñoïc portB: 4 bit cao, dòch traùi 8 bit, OR vôùi 8 bit thaáp ôû

portA*/

return 0;

4.2.SÖÛ DUÏNG NGA ÉT TRONG ÑIEÀU KHIEÅN

Khi ñoïc döõ lieäu töø coång ngoaïi vi thöôøng duøng hai phöông phaùp : thaêm doø

(polling) vaø ngaét(interrupt).

Caùc ngaét trong maùy vi tính IBM –PC/XT duøng vi xöû lí 8086/8088, PC-AT duøng

80286:

Laäp trình ngaét





137

Cơ chế điều khiển tần số lấy mẫu

Ta có thể dung phaàn meàm ñeå ñieàu khieån taàn soá laáy maãu söû duïng nga ét meàm

a. Ñoàng hoà heä thoáng vaø cô cheá ñieàu khieån taàn soá laáy maãu :

Heä thoáng caùc maùy IBM - PC , coù ba boä ñeám thôøi gian laäp trình ( Timer /

Counter ) ñöôïc ñieàu khieån bôûi vi maïch 8254 - 2 vaø chuùng ñöôïc goïi laø caùc keânh 0, 1, 2.

Caùc ngoõ ra vaø nhieäm vuï cuûa caùc keânh nhö sau :

Keânh Nhieäm vu Ngoõ ñieàu

khieån(Gate)

ClkIn Clkout

0 Ñoàng hoà heä thoáng Noái leân möùc 1 1.190 Mhz 8259A - 2,

IRQ0

1 Laøm töôi boä nhô Noái leân möùc 1 1.190 Mhz Chu kyø laøm

töôi boä nhôù

2 Ñieàu khieån taàn soá

loa

Ñieàu khieån bôûi

bit. 0 cuûa coång

61h . PPI bit

1.190 Mhz Ñöôïc ñöa ra

loa

Baûng 2 Caùc boä ñeám cuûa vi maïch 8254-2 vaø nhieäm vuï cuûa chuùng

Cô cheá hoaït ñoäng cuûa 8254 - 2 :

Moãi keânh ñoàng hoà trong boä 8254 - 2 coù moät thanh ghi 2 bytes ( R : soá chia )

vaø moät boä ñeám 2 byte ( C : counter ). Ban ñaàu Counter ñöôïc ñaët baèng R, moãi khi coù

moät xung Clk In ñöa tôùi , Counter seõ giaûm ñi moät ñôn vò, cho tôùi khi Counter baèng

zero thì ngoõ ra Clk out seõ naâng töø möùc thaáp leân möùc cao, ñoàng thôøi Counter ñöôïc giaùn

laïi baèng R . Tôùi chu kyø Clk In tieáp theo Clk out trôû veà möùc thaáp vaø quaù trình treân laïi

dieãn ra. Nhö vaäy taàn soá Clk out coù theå ñöôïc tính baèng coâng thöùc :





138

1190000

Clk out = ------------ ( Hz )

R

1190000

Hoaëc R = ------------

Clk out

Vi maïch 8254 - 2 söû duïng caùc coång vaøo ra töø 40h - 43h. Trong ñoù coång 43 laø

coång ñieàu khieån ( control port ). Caùc coång 40h, 41h, 42h duøng ñeå laäp trình caùc thanh ghi

trong boä

8254 - 2.

Xeùt rieâng keânh 0, ban ñaàu chöông trình Boot maùy trong ROM BIOS ñaõ caøi

ñaët R0 =

OFFFF h, vì vaäy taàn soá Clk0 out seõ baèng 1190000/ 65535 =18,2Hz. Maët khaùc ngoõ ra

Clk0 out ñöôïc noái vôùi ñöôøng IRQ0 cuûa 8259A ( töông öùng vôùi ngaét 8 - ngaét ñoàng hoà )

, vì vaäy ngaét 8 seõ ñöôïc heä thoáng goïi ñeán khoaûng 18 laàn trong moät giaây. Vaø do ñoù ta

hoaøn toaøn coù theå söû duïng ngaét 8 ( hoaëc ngaét phuï cuûa noù laø ngaét 1Ch ñeå xuaát leänh Start

ra coång 301h cuûa card AD. Ñeå thay ñoåi taàn soá laáy maãu theo yù muoán, ta seõ thay ñoåi giaù trò

thanh ghi R0 sao cho Clk0 out baèng taàn soá mong muoán. Ñieàu naøy coù theå thöïc hieän

baèng caùch xuaát moät soá chia R =

1190000

R= ----------------

Fs

ra coång 40h.

Haøm sau vieát baèng ngoân ngöõ Pascal , cho pheùp laäp trình thay ñoåi taàn soá ngaét ñoàng

hoà.

Procedure SetTimer ( Freq :Word );

const Clk = 1190000 ;





139

var RegOut :Word;

begin

RegOut = Clk div freq ;

Port[ $43]:= 182 ; / * Khôûi ñoäng cheá ñoä ñoïc döõ lieäu keânh 0 */

Port[$40 ]:=Lo ( RegOut ) ; / * Xuaát soá chia 8254 - 2 keânh 0 */

Port[$40]:=Hi ( RegOut ) ;

end;

Trong ñoù : Clk : taàn soá xung Clk cuûa heä thoáng .

freq : taàn soá caàn taïo ra.

RegOut ( soá chia ) : giaù trò caàn xuaát ra 8254 - 2.

Coång soá 40h ( kieåu byte ) ñöôïc xuaát döõ lieäu laøm 2 laàn : laàn ñaàu laø byte thaáp cuûa soá

chia

( word ) , laàn sau laø byte cao.

b.Xuaát xung laáy maãu ( Start ) cuûa boä ADC :

Trong heä thoáng IBM - PC, ngaét soá 8 ñöôïc söû duïng ñeå thöïc hieän nhieàu coâng

vieäc quan troïng. Khi khoâng caàn thieát ta khoâng neân söû duïng. Thay vaøo ñoù ta seõ söû duïng

ngaét 1Ch ( coøn ñöôïc goïi laø User Timer Interrupt ) laø moät ngaét seõ ñöôïc goïi trong chöông

trình phuïc vuï ngaét 8, vì vaäy ngaét 1Ch coù taàn soá hoaït ñoäng baèng vôùi taàn soá ngaét 8.

Ta seõ caøi ñoaïn chöông trình phuïc vuï ngaét 1Ch laøm nhieäm vuï xuaát leänh Start ra

coång 301h ( xuaát moät giaù trò baát kyø ra 301h ) . Ñoaïn chöông trình sau thöïc hieän ñieàu ñoù :

Var Saveaddv : Pointer ;

procedure NewInt1C ; interrupt ; phuïc vuï ngaét 1Ch

begin

Port [ $ 301h ] : = 0 ;

end ;

begin

GetIntVec ( $ 1C , Saveaddr ) ; löu ñòa chæ ngaét 1Ch

SetIntVec ( $ 1C , @ NewInt1C ) ; thay ñòa chæ 1Ch thaønh ñòa chæ môùi

- - - -





140

do anything

- - - -

SetIntVec ( $ 1C , Saveaddr ) ; traû laïi 1Ch khi thoaùt chöông trình

end.

c.Ñoïc giaù trò ñöôïc laáy maãu :

Moät thôøi gian ngaén sau khi xuaát leänh Start ra 301h, boä AD seõ hoaøn taát quaù

trình laáy maãu vaø ñöa moät ñöôøng IRQ naøo ñoù ( do ngöôøi duøng caøi ñaët khi gaén card vaøo

maùy ) leân möùc cao, baùo hieäu quaù trình laáy maãu hoaøn thaønh vaø yeâu caàu ñoïc döõ lieäu vaøo

.

Giaû söû chuùng ta söû duïng IRQ5, töông öùng vôùi IRQ5 laø ngaét 0Dh, ta seõ phaûi

caøi ñaët ñoaïn chöông trình phuïc vuï ngaét cöùng ODh thöïc hieän ñoïc döõõ lieäu vaøo töø coång

302h . Moät coâng vieäc caøi ñaët ngaét cöùng ñöôïc thöïc hieän nhö sau :

- Cho pheùp ngaét cöùng ( Enable Interrupt ) : muoán cho pheùp moät IRQ soá n coù theå

kích hoaït ngaét töông öùng cuûa noù ta phaûi xuaát moät byte döõ lieäu X ra coång vaøo ra 21h

vôùi Bit thöù n cuûa X ñöôïc ñaët baèng 0, caám ngaét baèng caùch ñaët Bit n baèng 1 :

Ví duï cho IRQ = 5 :

X : = Port [ $ 21 ] ; laáy giaù trò coång 21h

X : = X and Dfh ; Dfh = 1101 1111b ; Ñaët Bit 5 baèng 0, caùc Bit coøn laïi

ñöôïc giöõ nguyeân

Port [ $ 21 ] : = X ; xuaát ra 21h

- Caøi ñaët ñòa chæ ngaét : thöïc hieän gioáng nhö ñoaïn chöông trình trong phaàn b.

Var Saveaddr : Pointer ;

procedure Int0D ; Interrupt ; phuïc vuï ngaét cöùng 0Dh

Var X : byte ;

begin

X : = Port [ $ 302 ] ñoïc giaù trò maãu

- - - -

do anything / neân thöïc hieän coâng vieäc thaät ngaén goïn





141

- - - -

end ;

begin

GetIntVec ( $ 0D, Save Addv ) ; löu ñòa chæ ngaét 0Dh

SetIntVec ( $ 0D , @ Int0D ) ; thay ñòa chæ 0Dh thaønh ñòa chæ môùi

cho pheùp ngaét cöùng

- - -

do anything

- - -

caám ngaét cöùng

SetIntVec ( $0D , Saveaddr ) ; traû laïi 0Dh khi thoaùt chöông trình

end .

Baøi taäp : Vieát caùc chöông trình treân baèng ngoân ngöõ C

1. Chöông trình thay ñoåi taàn soá ngaét :

2.Chöông trình xuaát xung Start cho ADC :

3. Chöông trình ñoïc giaù trò maãu : ( Choïn ngaét cöùng IRQ7, ngaét 0Fh ).

Delphi khoâng hoã trôï laäp trình cho ngaét. Laäp trình ngaét baèng hôïp ngöõ : Duøng ngaét 21H cuûa DOS ñeå thay ñoåi vectô ngaét. Ngaét 21H, haøm 25H ñöa vectô ngaét vaøo baûng vectô ngaét. Vaøo AH=25H Ra AL=soá ngaét. DS : DX= ñòa chæ ISR Ngaét 21H, haøm 35H laáy vectô ngaét töø baûng vectô ngaét. Vaøo AH=35H AL=soá ngaét. Ra ES : BX= soá vectô ngaét. Trong maõ sau DI chöùa ñòa chæ boä ñeäm vectô cuõ. SI chöù boä ñeäm vectô môùi. ;… ……… ……………… ……. MOV AH,35H; duøng INT 21H, haøm 35H caát vectô cuõ. INT 21H MOV [DI], BX; caát ñòa chæ offset MOV [DI+2], ES; caát ñòa chæ ñoaïn MOV DX,[SI]; laäp vectô môùi DX chöùa offset PUSH DS; caát DS





142

MOV DS,[SI+2]; DS chöùa ñòa chæ ñoaïn MOV AH,25H INT 21H POP DS ;… ……… ………..phuïc hoài DS Khaùi nieäm DMA : Direct memory access: truy xuaát tröïc tieáp boä nhôù, thöïc hieän trao ñoåi khoái döõ lieäu giöõa boä nhôù vaø ngoaïi vi khoâng qua CPU. Khaùi nieäm Maùy tính coâng nghieäp: Maùy tính nhuùng (EPC) coù theå chæ goàm moät bo maïch chöùa CPU vaø caùc thieát bò caàn thieát cho vieäc löu tröõ, xöû lí, trao ñoåi tin, khoâng caàn maøn hình hoaëc goàm nhieàu bo maïch gheùp choàng leân ñeå taêng chöùc naêng cuûa maùy tính vaø coù maøn hình tinh theå loûng ñi keøm.

Yeâu caàu cuûa EPC laø ñoä tin caäy, thöù hai laø kích thöôùc nhoû goïn. Hieän nay thoâng duïng laø caùc bo maïch theo chuaån PC/104, coù kích thöôùc côõ ñóa meàm 3.5 inch 3.6x3.8 inch(90x96 cm), caùc bo maïch keát noái vôùi nhau theo tuyeán ISA goàm 104 chaân (töø ñoù coù teân PC/104) vaø tuyeán PCI 120 chaân(PC/104 –Plus).

Maùy tính coâng nghieäp cuûa haõng Wonderware: maùy tính nhuùng, maùy tính coâng nghieäp, maùy tính Touch panel, maùy tính xaùch tay duøng trong coâng nghieäp. 4.3. Vi ñieàu khieån 8051 vaø laäp trình C Veà phaàn cöùng vi ñieàu khieån 8051, caùc phöông phaùp ñòa chæ hoùa, taäp leänh cô baûn, laäp trình hôïp ngöõ cho 8051 baïn ñoïc xem theâm trong giaùo trình Vi xöû lí. Phần mềm Keil µVision2 1. Gi ới thi ệu phần mềm mô phỏng Keil µVision2

Trong b ài n ày t ác gi ả tr ình b ày c ách s ử d ụng µVision2 để biên dịch chương trình hợp ngữ 8051 . µVision2 còn dùng để lập trình C cho họ vi điều khiển 8051 như là 8051, 89C51, 89C2051. Họ vi điều khiển Philips được chọn là P89C664, một vi điều khiển 16 bit thuộc họ 8051.

-Đầu tiên chúng ta khởi động µVision2

-Chọn menu Project, New project và đặt tên dự án là test1.uv2





143

-Chọn nhà sản xuất và chip : Philips P89C664 là vi điều khiển 16 bit

-Nhấp (Click) chuột phải vào target1





144

-Chọn Options for Target ‘Target 1’

T ần s ố dao đ ộng m ặc đ ịnh l à 33 Mhz, ta s ửa l ại l à 11.0592 Mhz (th ực t ế). - Nhấp chu ột tr ái v ào Output, c ửa s ổ thay đ ổi v à ta nhấp chuột ch ọ n ô Create HEX File





145

-Ch ọn File, New đ ể t ạo ra m àn h ình so ạn th ảo: Mã nguồn chương trình : ORG 0 ;dia chi reset SJMP START ;nhay toi start ORG 40H ;dia chi bat dau chuong trinh START: SETb P1.7 ; bat bit P1.7 len logic 1 CLR P1.7 ;xoa bit P1.7 ve logic 0 SJMP START ; lap lai END ; ket thuc hop ngu -M ở menu File, ch ọn Save As v à đ ặt t ên t ập tin gi ống t ên d ự án, nh ưng c ó đu ôi l à .a51 : test1. a51

-Nh ấp chu ột tr ái v ào d ấu + b ên tr ái target





146

Nh ấp chu ột ph ải v ào Source Group 1 đ ể t ạo ra c ửa s ổ m ới, ch ọn Add Files to Group ‘Source Group 1’

-C ử a s ổ kh ác xu ất hi ện v ới m ặc đ ịnh ch ư ơng tr ình C. Ch ọn Files Asm v à nh ấp chu ột tr ái v ào t ên test1.a51. Nh ấp chu ột v ào Add. T ập tin test1.a51 được đưa vào Group ‘Source Group 1’

V à ch ọn Close, t ạo ra d ấu + b ên tr ái Source Group. Nh ấp chu ột tr ái v ào d ấu + , t ập tin ch ư ơng tr ình xu ất hi ện nh ư sau :

-Nh ấ p chu ột ph ải v ào bi ểu t ư ợng test1. a51, ch ọn Translate test1. a51 ho ặc ch ọn menu Project, Translate đ ển bi ên d ịch ch ư ơng tr ình h ợp ng ữ. C ửa s ổ Build xu ất hi ện. Chương trình ki ểm tra l ỗi ng ữ ph áp , thong báo kh ông c ó l ỗi





147

N ếu ta ghi SET thay v ì SETB th ì chương trình b áo l ỗi ngữ pháp:

Đ ể t ạo ra file Hex, ta ch ọn Project, Build target. Tập tin test1.hex được tạo ra.

2.Laäp trình C cho 8051 duøng ph ần m ềm Keil µVisi on 2:

Đ ây l à ch ư ơng tr ình bi ên d ịch m ã C , h ợp ng ữ cho 8051. Ch ư ơng tr ình h ợp ng ữ 8051 đ ư ợc t ạo ra v à d ịch ra t ập tin *.HEX. Ngo ài ra ta c ó th ể vi ết ch ư ơng tr ình b ằng ng ôn ng ữ C chu ẩn (ANSI C) v à d ùng Keil µVisi on 2 d ịch ra t ập tin th ực thi *.EXE v à *.HEX. B ản d ùng th ử đ ư ợc t ải v ề t ừ website : http://www.keil.com/. Laäp trình vi ñieàu khieån baèng ngoân ngöõ C 4.3.2.1.Loaïi döõ lieäu: Boä bieân dòch C51 cung caáp loaïi döõ lieäu C chuaån vaø theâm nhieàu loaïi döõ lieäu môû roäng ñeå hoã trôï hoï vi ñieàu khieån 8051. a. bit loaïi döõ lieäu naøy duøng ñeå khai baùo bieán 1 bit Thí duï: bit co; co=1; b. signed char/ unsigned char loaïi döõ lieäu naøy duøng khai baùo döõ lieäu kieåu kí töï coù daáu vaø khoâng coù daáu. Signed char coù giaù trò töø -128 ñeán +127; unsigned char coù giaù trò töø 0 ñeán 255. Thí duï: unsigned char var1, var2; var1=0xA4; var2=var1; c. signed short/unsigned short loaïi döõ lieäu naøy duøng khai baùo bieán ngaén (short) daøi 2 byte coù daáu vaø khoâng coù daáu. Signed short coù giaù trò töø -32768 ñeán +32767 vaø unsigned short coù giaù trò töø 0 ñeán 65535. Thí duï: unsigned short temp; unsigned short wind;


http://www.keil.com/




148

temp=0x0C200; wind=temp; d. signed int/unsigned int loaïi döõ lieäu naøy duøng ñeå khai baùo bieán soá nguyeân daøi 2 byte coù daáu vaø khoâng coù daáu. Signed int coù giaù trò töø -32768 ñeán + 32767, vaø unsigned int coù giaù trò töø 0 ñeán 65535. Thí duï: unsigned int n1, n2; n1=10; n2=n1; e.signed long/unsigned long Loaïi döõ lieäu naøy duøng ñeå khai baùo soá nguyeân daøi 4 byte. Thí duï: unsigned long temp;

temp=250000; f. float loaïi döõ lieäu naøy duøng khai baùo bieán thöïc daáu chaám ñoäng. Thí duï: float t1, t2; t1=25.4; t2=sqrt(t1); g. sbit Loaïi döõ lieäu naøy khai baùo bieán bit cuï theå trong thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät (SFR). Thí duï: duøng loaïi döõ lieäu naøy ñeå truy xuaát töøng bit cuûa moat port I/O. Thí duï: sbit congtac=P1^3; congtac=0; h. sfr Loaïi döõ lieäu naøy gioáng nhö sbit nhöng duøng ñeå khai baùo bieán 8 bit. Thí duï: sfr P1=0x90 /*port 1 coù ñòa chæ 0x90 ñöôïc gaùn vaøo P1*/ sfr P2=0xA0; unsigned char my_char; my_char=P1; P2=my_char++; i.sfr16 loaïi döõ lieäu naøy gioáng nhö sfr nhöng duøng khai baùo bieán 16 bit. Thí duï: Timer 2 cuûa 8052 duøng ñòa chæ 0cCC vaø 0xCD cho byte thaáp vaø byte cao, byte thaáp neân tröôùc byte cao. sfr16 T2=0xCC; T2=0xAE01; 4.3.2.2. Moâ hình boä nhôù Kieán truùc 8051 hoã trôï caû vuøng nhôù chöông trình (hay maõ) vaø vuøng nhôù döõ lieäu. Vuøng nhôù chöông trình laø chæ ñoïc vaø khoâng theå ghi vaøo. 8051 coù 4KB boä nhôù ROM, 89C2051 coù 2KB boä nhôù ROM. Boä nhôù naøy coù theå môû roäng tôùi 64 KB. Boä nhôù döõ lieäu trong 8051 laø 128 byte RAM. 8052 coù 256 byte RAM. Coù nhieàu loaïi moâ hình boä nhôù laø SMALL, COMPACT vaø LARGE. Moâ hình boä nhôù SMALL ñöôïc duøng neáu nhö taát caû caùc bieán naèm beân trong boä nhôù noäi. Moâ hình boä nhôù naøy taïo ra maõ hieäu quaû nhaát vaø nhanh nhaát. Trong moâ hình boä nhôù COMPACT,





149

taát caû caùc bieán name trong moat trang cuûa boä nhôù döõ lieäu ngoaøi. Toái ña 256 byte cuûa bieán coù theå ñöôïc duøng. Moâ hình boä nhôù COMPACT khoâng hieäu quaû baèng loaïi SMALL. Trong moâ hình boä nhôù LARGE taát caû caùc bieán name ôû boä nhôù ngoaøi. Toái ña 64 KB döõ lieäu coù theå ñöôïc duøng. 4.3.2.3. Ngaét Boä bieân dòch C51 cho pheùp chuùng ta khai baùo caùc chöông trình con phuïc vuï ngaét (ISR) trong maõ C vaø sau ñoù chöông trình töï ñoäng nhaûy tôùi maõ naøy khi coù ngaét xaûy ra. Moät ISR ñöôïc khai baùo gioáng nhö moat chöông trình con nhöng soá ngaét ñöôïc chæ ra nhö moat phaàn cuûa khai baùo haøm. Thí duï khai baùo ISR cho ngaét timer 1 void timer1() interrupt 3 ñoaïn maõ phuïc vuï ngaét ôû nay Töông töï ISR cho ngaét timer 0 ñöôïc khai baùo nhö sau: void timer0() interrupt 1 ñoaïn maõ phuïc vuï ngaét ôû nay Chuù yù laø chuùng ta coù theå chæ ra bank thanh ghi ñöôïc duøng cho ISR vôùi thuoäc tính using. void timer0() interrupt 3 using 2 ñoaïn maõ phuïc vuï ngaét ôû nay 4.3.2.4. Caáu truùc cuûa chöông trình C döïa treân vi ñieàu khieån Ñaây laø chöông trình maãu /** ** ** ** *************** ** *************** ** * Teân döï aùn: Taäp tin: Ngaøy: Soaïn thaûo: ******* ** ** ** ** ** ** ********************** ** */ #include<AT892051.h> #define… /*ñöa ñònh nghóa leänh*/ sbit … /* ñöa ñònh nghóa bit */ int … /* khai baùo bieán toaøn cuïc*/ char … void func1() /* khai baùo haøm*/ main() /*chöông trình chính */





150

.. 4.3.2.5. Ngoân ngöõ moâ taû chöông trình Coù nhieàu phöông phaùp maø laäp trình vieân coù theå moâ taû giaûi thuaät ñeå thöïc hieän chöông trình. Löu ñoà laø moat phöông phaùp hay duøng. a. START-END Chöông trình phaûi baét ñaàu baèng START vaø keát thuùc baèng END. Thí duï: start ……. End b.Tuaàn töï (Sequencing) Neâu söï tuaàn töï thöïc hieän trong chöông trình Thí duï: Baät van Xoùa boä ñeäm Baät led c.IF-THEN-ELSE-ENDIF Neâu leänh ñieàu kieän reõ nhaùnh. Thí duï: IF switch=1 THEN Baät loa ELSE taét loa baät led ENDIF d.DO-ENDDO Duøng DO vaø ENDDO ñeå minh hoïa laëp laïi trong maõ leänh. Thí duï: Baät led DO 5 laàn Baät clock lean 1 Baät clock veà 0 ENDDO e. REPEAT-UNTIL Chöông trình thöïc hieän laëp cho tôùi khi ñieàu khieän ñuùng. Thí duï: Chöông trình ñôïi cho tôùi khi switch=1. REPEAT Baät loa Ñoïc giaù trò switch UNTIL switch=1 4.3.2.6. Moät soá website C compiler C51 http://www.keil.com/ Pascal compiler Embedded Pascal-8051/8051





151

http://www.grifo.it/SOFT/Lawicel/uk_EP_51.htm Basic Compiler BASCOM http://www.x54all.nl/~mcselec/bascom.html Useful site on 8051 software and hardware: http://www.cis.ohio-state.edu/hypertext/faq/usenet/microcontroller-faq/8051/faq.html 4.3.2.7. Ñoïc theâm The C Programming Lanuage (2nd edition) Kernighan and Richie Prentice hall, Inc ISBN 0-13-110370-9 C51 Compiler, Optimizing 8051 C Compiler and Library Reference User’s Guide Keil Elektronik GmbH. Phaïm Vaên AÁt, Laäp trình C, NXB Giao thoâng vaän taûi. M ột s ố ứng d ụng :

L ập tr ình C v ới vi đi ều khi ển 89C2051 c ó c ác ứng d ụng : đi ều khi ển led đ ơn, đi ều khi ển led 7 đo ạn, đi ều khi ển led ma tr ận , đi ều khi ển nhi ệt đ ộ , đi ều khi ển truyền nối tiếp ,vv.. Th í d ụ : Đi ều khi ển led đ ơn ( 1: led s áng, 0: led t ắt) /* Chuong trinh den chay */ #include< AT892051.h> /* tri hoan*/ void wait_a_seccond() unsigned int x; for (x=0;x<33000;x++); /* start program*/ main() unsigned char LED=128; for( ; ; ) P1=~LED; /* dao va ngo ra*/ LED = LED>>1; /*dich phai*/ If (LED==0) LED=128; /*set 128*/ Wait_a_seccond(); Minh h ọa : 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

3. Kết luận

Phần mềm Keil µVision2 d ùng vi ết ch ư ơng tr ình v à m ô ph ỏng vi đi ều khi ển h ọ 8051 b ằng ng ôn ng ữ C v à h ợp ng ữ. Ph ần m ềm cho ph ép l ựa nhi ều ch ọn h ãng s ản xu ất v à chip , nh ư l à Atmel





152

, Philips,vv... Đ ây l à m ột c ông c ụ h ọc t ập l ập tr ình t ốt b ên c ạnh ph ần m ềm m ô ph ỏng TopView , Proteus. T ài li ệu tham kh ảo : 1. Dogan Ibrahim, Microcontroller projects in C for the 8051, Newnes, 2000. 2. Phần mềm Keil µVision2 Website : http://www.keil.com/ 4.4. Neàn taûng phaàn cöùng vaø phaàn meàm: -Matlab/Simulink vaø moâi tröôøng phaùt trieån caáp cao khaùc (Borlad C++ Builder/ Visual C++, Delphi..). -Boä ñieàu khieån nhuùng vaø öùng duïng ñoäc laäp; xPC Target toolbox, taïo maõ töï ñoäng. -Card thu thaäp döõ lieä vaø ñieàu khieån PCL 818L haëc PCI 1711. Caâu hoûi vaø baøi taäp: Chöông 4: Laäp trình cho maùy tính ñieàu khieån 1.Vieát chöông trình xuaát nhaäp ñieàu khieån: -8 led saùng daàn(möùc logic 1: led saùng, möùc logic 0: led taét). -8 led taét daàn. -8 led saùng hai bìa vaøo ra. -8 led chaïy ñuoåi. Qui ñònh ñòa chæ cuûa caùc thanh ghi vi maïch 8255 nhö sau: portA=304h, portB=305h, portC=306h, CtrlReg=307h 2. Vieát chöông trình chuyeån ñoåi A/D ICL 7109 ôû hình sau (H4.1 trong saùch: [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng ñieàu khieån baèng maùy tính, ÑHBK Tp. HCM – NXB ĐHQG, 2002): Qui ñònh ñòa chæ cuûa caùc thanh ghi vi maïch 8255 nhö sau: portA=304h, portB=305h, portC=306h, CtrlReg=307h Duøng moät trong caùc ngoân ngöõ laäp trình : hôïp ngöõ/QBASIC/Pascal/C/C++. 3.Trình baøy caùc haøm xuaát nhaäp cuûa ngoân ngöõ C++. Cho thí duï minh hoïa: duøng 8255 vôùi port A ñieàu khieån led saùng daàn (möùc logic 1: led saùng, möùc logic 0: led taét). Qui ñònh ñòa chæ cuûa caùc thanh ghi vi maïch 8255 nhö sau: portA=300h, portB=301h, portC=302h, CtrlReg=303h Traïng thaùi led: 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4.Thieát keá moät card trao ñoåi tin soá song song vaøo ra 8 bit vaø 16 bit coù ñòa chæ cô sôû töø 300h , ôû cheá ñoä chöông trình (bit traïng thaùi d0 tôùi d7) vaø cheá ñoä ngaét chöông trình coù caùc möùc ngaét IRQ3 vaø IRQ5. 5*. Thieát keá maïch ñeám soá tín hieäu vaø ñònh thôøi gian duøng vi maïch 8253/8254 coù ñòa chæ cô sôû töø 304h vaø caùc bit traïng thaùi d1, d3, d5.


http://www.keil.com/




153

6. Thö vieän lieân keát ñoäng (DLL) laø gì? Taïi sao laïi caàn ñeán DLL? Trình baøy caùch taïo file DLL duøng Delphi vaø Visual C++. 7. Trình baøy caùch laäp trình ngaét ôù maùy tính IBM-AT/XT duøng ngoân ngöõ Pascal / C, vaø hôïp ngöõ. 8.Download chöông trình windriver vaø nghieân cöùu caùch vieát driver vaø ngaét cho card ISA, PCI. 9. Vieát chöông trình Visual Basic ño vaø ñieàu khieån nhieät ñoä duøng card ISA coù ADC 0809 vaø 8255. Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân taäp, Laäp trình gheùp noái maùy tính trong Windows, NXB KHKT, 2001. [3]. Buøi Thö Cao, Laäp trình Visual Basic 6.0, Tröôøng Ñaïi hoïc Coâng nghieäp Tp. HCM, 2006. [4].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [5].George C. Barney, Intelligent Instrumentation, Prentice Hall 1988. [6]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [7]. Buøi Huy Quyønh, Laäp chöông trình treân maùy vi tính baèng ngoân ngöõ Basic, CÑSP Tp. HCM, 1988. [8]. Nguyeãn Trung Tröïc, Ñoaøn Nguyeân Haûi, Nguyeãn Duõng, Laäp trình caên baûn Pascal, ÑHBK Tp. HCM,1997. [9]. Phaïm Vaên AÁt, Ngoân ngöõ C : lyù thuyeát vaø thöïc haønh ,vôùi 80 chöông trình maãu trong KHKT vaø quaûn lí kinh teá, NXB Naêng löôïng, 1990. [10].Leâ Minh Trí, Töï hoïc kyõ naêng laäp trình Visual Basic 6.0, NXB Thoáng keâ, 2001. [11]. Leâ Phöông Lan, Lyù thuyeát vaø Baøi taäp Borland Delphi, NXB GD, 2000. [12].Nguyeãn Quang Taán, Vuõ Thanh Hieàn, Laäp trình vôùi hôïp ngöõ, NXB Thoáng keâ, 1997. [13]. GS. Phaïm Vaên AÁt, C++ vaø Laäp trình höôùng ñoái töôïng , NXB KHKT, 2000.





154

Chöông 5A: CARD thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån PCI- 1711

Ñieån cöùu 1: CARD thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån PCL- 818L Advantech Xem trong saùch Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính cuûa taùc giaû Nguyeãn Ñöùc Thaønh.

Ñieån cöùu 2: CARD thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån PCI- 1711 Advantech

PCI-1711 laø card PCI coù nhieàu chöùc naêng duøng ñeå ño löôøng vaø ñieàu khieån. Do

tính öu vieät cuûa card, vieäc tìm hieåu hoaït ñoäng cuûa noù raát caàn thieát ñeå tieáp can kyõ thuaät thu thaäp döõ lieäu baèng maùy tính DAS (Data Acquisition System)

Card PCI-1711 là một card thu thập dữ liệu đa chức năng cho bus PCI. Mạch đầu tiên cho phép người dùng sử dụng cho chức năng đo lường và điều khiển như bộ chuyển đổi A/d 12 bit, bộ chuyển đổi D/A, ngõ vào số ,ngõ ra số, bộ counter và bộ timer.

Đặc điểm của card là mạch chuyển kênh tự động/ mạch quét độ lợi. Mạch này điều khiển sự chuyển mạch đa hợp trong thời gian lấy mẫu. Trên mạch cất giữ giá trị độ lợi và cấu hình cho mỗi kênh khác nhau. Thiết kế này để cho ta thực hiện nhiều kênh lấy mẫu tốc độ cao(lên tới 100 KHZ) với độ lợi khác nhau ở mỗi kênh.

PCI-1711 có một bộ đệm FIFO trên mạch nó có thễ cất giữ mẫu lên đến 1K A/D.Người dùng có thể cho phép hay không cho phép yêu cầu ngắt của bộ đệm FIFO. Trong khi yêu cầu ngắt FIFO thì đang cho phép, người dùng có thể chỉ rõ liệu yêu cầu ngắt được gửi mỗi khi sự lấy mẫu xảy ra hoặc khi bộ đệm FIFO bị đầy phân nữa. Cái này cho phép chuyển đổi dữ liệu tốc độ cao với sự thực hiện chính xác cao trong hệ thống window.

PCI-1711 được trang bị với bộ lập trình counter để mà phục vụ như một bộ Trigger cho sự chuyển đổi A/D

Ứng dụng PCI -1711 cho : điều khiển và giám sát quá trình,thu thập dữ liệu , điều khiển nhiệt độ nhiếu kênh và điều khiển tốc độ động cơ DC.

1. Đặc tính của PCI-1711 • 16 ngõ vào tương tự . • Bộ chuyển đổi tương tự sang số A/D 12 bit, với tần số lấy mẫu lên tới 100khz • Lập trình dễ dàng cho mỗi kênh vào • Kênh tự động – quét dễ dàng • Bộ đệm FIFO mẫu 1K trên mạch • Hai kênh ngõ ra tương tự 12 bit (đối với PCI-1711) • 16 ngõ vào số và 16 ngõ ra số. • Thư viện chương trình lập trình được- bộ đếm.

2. Những đặc điểm kỹ thuật của PCI-1711 Ngõ vào tương tự (Analog)

Ø Kênh : 16 kênh đơn Ø Độ phân giải 12 bit Ø Kích thước FIFO: mẫu 1K Ø Taàn soá laáy maãu cöïc ñaïi: 100 KS/s max Ø Thời gian chuyển đổi :10µs Ø Tầm điện áp ngõ vào và độ lợi

ü Độ lợi 1: ngõ vào ± 10V ü Độ lợi 2: ngõ vào ± 5V ü Độ lợi 4: ngõ vào ± 2.5V ü Độ lợi 8: ngõ vào ± 1.25V ü Độ lợi 16: ngõ vào ± 0.625V

Ø Điện thế quá áp tối đa: ± 15V Ø Ngõ vào bảo vệ: 70 Vp-p Ø Trở kháng ngõ vào : 2 Mohm/5 pF Ø Chế độ Trigger : phần mềm, thư viện lập trình trên mạch hoặc bên ngoài. Ø Sự Trôi (ppm/ C ):

ü Độ lợi 1: Zero=15, Độ lợi=25





155

ü Độ lợi 2: Zero=15, Độ lợi=25 ü Độ lợi 4: Zero=15, Độ lợi=25 ü Độ lợi 8: Zero=15, Độ lợi=30 ü Độ lợi 16: Zero=15, Độ lợi=40

Ø Băng thông tín hiệu Samll cho PGA: ü Độ lợi 1: băng thông 4MHZ ü Độ lợi 2: băng thông 2MHZ ü Độ lợi 4: băng thông 1MHZ ü Độ lợi 8: băng thông 0.65MHZ ü Độ lợi 16: băng thông 0.35MHZ

Ø Độ chính xác: • DC:

ü INLE: ± 0.5 LSB ü Sự đơn điệu 12 bit ü Sai số offset: điều chỉnh tới 0 ü Sai số độ lợi: 0.005% FSR (độ lợi=1)

• AC: ü SNR: 68 dB ü ENOB: 11 bits

Ngõ vào/ ra số

Ø Kênh ngõ vào: 16 Ø Điện áp ngõ vào:

ü Thấp nhất 0.4v ü Cao nhất 2.4v

Ø Kênh ngõ ra : 16 Ø Điện áp ngõ ra:

ü Thấp nhất 0.8v , [email protected] mA (sink) ü Cao nhất 2.4v, [email protected] mA (source)

Thông số tổng quát Ø Kiểu kết nối I/O:68 chân SCSI-II cái Ø Kích thước: 175 mm x 100 mm (6.9" x3.9") Ø Nguồn tiêu thụ: ü Thường dùng: +5V@850mA ü Tối đa : [email protected]

Ø Nhiệt độ: ü Hoạt động : 0~+60C(32~158F)(ứng với ERC 68-2-1,2) ü Bảo quản: -20~+70C(-4~158 F)

Ø Độ ẩm tương đối: 5~95% không ngưng tụ RH (ứng với IEC 68-2-3) Counter / Timer

Ø Độ phân giải 16 bit Ø Tương thích mức TTL Ø Xung cơ bản kênh 1: 1 MHZ Ø Tần số ngõ vào tối đa 1 MHZ Ø Xung cơ bản kênh 0: bên ngoài MHZ (max) choïn bôûi phaàn meàm, bên trong 100KHZ Ø Xung cơ bản kênh 2 nhập vào từ ngõ ra của kênh 1. Ø Xung clock ngõ vào:

ü cao 2.0 V min. ü thấp 0.8 V max.

Ø Cổng ngõ vào: ü cao 2.0 V min. ü thấp 0.8 V max.

Ø Ngõ ra counter: ü cao 2.4 V min.@-15 mA ü thấp 0.5 V max.@+24 mA

Ngõ ra tương tự Ø Điện thế tham chiếu ü Bên trong -5 V hay -10 V ü Bên ngoài -10V ~ +10 V Ø Tầm ngõ ra:





156

ü Tham chiếu bên trong 0 ~ +5V, 0 ~ +10V ü Tham chiếu bên ngoài ~ +x V@ -x V (-10≤x≤10)

Ø Sai số độ lợi: điều chỉnh về 0 Ø Tốc độ lái (slew): 11V/s Ø Sự trôi (ppm/ C ): 40 ppm/ C Ø Tải tương thích : 3 mA Ø Tần số 38 kHz (min) Ø Trở kháng ngõ ra 0.81 Ω Ø Thời gian xác lập 26 s (đến 1/2 LSB của FSR) Ø Kênh 1 Ø Độ phân giải 12 bit Ø Độ chính xác

ü Tương đối ½ LSB ü Không tuyến tính vi phân ½ LSB

Hình card thu thập dữ liệu và điều khiển PCI-1711





157

3. Sơ đồ kết nối I/O của PCI-1711





158

Tín hiệu Tín hiệu tham chiếu

Phương thức Mô tả

AI<0...15> AIGND Input Ngõ ra tín hiệu tương tự từ kênh 0-15 AIGND Ngõ vào tương tự nối dất AO0_REF AO1_REF

AOGND Input Ngõ ra tương tự 0/1 tham chiếu bên ngoài

AO0_OUT AO1_OUT

AOGND Output Ngõ ra tương tự 0/1

AOGND Ngõ ra tương tự nối đất DI<0..15> DGND Input Kênh ngõ vào số DO<0..15> DGND Output Kênh ngõ ra số DGND Kết nối đất CNT0_CLK DGND Input Ngõ vào xung clock counter0 CNT0_OUT DGND Output Ngõ ra counter 0 CNT0_GATE DGND input Điều khiển cổng counter 0 PACER_OUT DGND Output Ngõ ra xung clock chương trình TRG_GATE DGND Input Cổng triggơ bên ngoài A/D EXT_TRG DGND Input Triggơ ngoài A/D +12V DGND Output Nguồn 12v +5V DGND Output Nguồn 5v

3.1 Kết nối ngõ vào tương tự





159

3.2 Kết nối ngõ ra tương tự

3.3 Vị trí các chân câu nối, biến trở và các đầu nối của card PCI-1711





160

VR Chức năng VR1 Điều chỉnh offset A/D lưỡng cực VR2 Điều chỉnh độ lợi giới hạn đầy đủ cho A/D VR3 Điều chỉnh giới hạn đầy đủ cho kênh 0 của D/A VR4 Điều chỉnh giới hạn đầy đủ cho kênh 1 của D/A

4. Sơ đồ khối của card PCI -1711





161

5. Caùch thanh ghi cuûa card PCI 1711: 5.1 Địa chỉ xuất nhập I/O của card PCI-1711





162





163

5.2 Các thanh ghi của Card PCI-1711 a. Thanh ghi dữ liệu A/D và số kênh (Channel Number and A/D Data)





164

AD11-AD0: dùng để chuyển đổi A/D CH3-CH0: dùng để chọn kênh cho A/D b. Thanh ghi thieát lập giới hạn kênh A/D(A/D Channel Range Setting) G2-G0: mã độ lợi c. Thanh nghi điều khiển MUX(MUX Control)

STA3_STA0: số kênh bắt đầu quét STO3_STO0: số kênh bắt dừng quét d. Thanh ghi điều khiển(Control Register)

SW: bit cho phép kích bằng phần mềm, 1:cho phép, 0: không cho phép PACER: bit cho phép kích bằng lập trình, 1:cho phép, 0: không cho phép EXT: bit cho phép kích bên ngoài, 1:cho phép, 0: không cho phép GATE: bit cho phép chức năng cực cổng kích bên ngoài,1:cho phép, 0: không cho phép IRQEN: bit cho phép ngắt, 1:cho phép, 0: không cho phép ONE/FH: bit nguồn ngắt. CNT0: bit chọn nguồn xung clock counter 0. AD16/12: độ phân giải ngõ vào tương tự. CAL: bit giới hạn I/O tương tự. e. Thanh ghi trạng thái (Status Register)

F/E: báo cờ FIFO rỗng





165

F/H: báo cờ FIFO tràn phân nữa F/F: báo cờ FIFO tràn IRQ: báo cờ ngắt f. Thanh ghi FIFO và xóa ngắt (Clear Interrupt and FIFO)

g. Thanh ghi ngõ ra D/A kênh 0(D/A Output Channel 0)

h. Thanh ghi ngõ ra D/A kênh 1(D/A Output Channel 1)

k. Thanh ghi điều khiển tham chiếu D/A(D/A Reference Control)

l. Thanh ghi I/O số(Digital I/O Registers)





166

m. Thanh ghi định kích thước (Calibration Registers)

D7-D0: định giới hạn dữ liệu CM3-CM0: lệnh định giới hạn n. Thanh ghi ID( Board ID Registers)

p. Thanh ghi Timer/Counter(Programmable Timer/Counter Registers): địa chỉ là BASE+24, BASE+26, BASE+28 và BASE+30 6. Chuyeån ñoåi A/D, D/A vaø DO, DI: 6.1. Laäp trình tröïc tieáp 1. Chuyeån ñoåi A/D 2. Chuyeån ñoåi D/A 3.Digital input vaø output (DI vaø DO) 6.2. Laäp trình theo software driver cuûa nhaø saûn xuaát 7. Laäp trình cho card PCI 1711 7.1. Unit duøng cho card PCI 1711 trong Delphi 7.2. Thö vieän ADSAPI32.DLL





167

Taäp tin adsapi32.dll do haõng cung caáp ñöôïc caøi vaøo thö muïc heä thoáng C:\windows\system32 hay C:\windows\system, trong chöông trình öùng duïng phaûi khai söû duïng driver khai baùo caùc haøm trong dll. Söû duïng caùc haøm trong thö vieän mang tính chuyeân nghieäp hôn, coù theå laäp trình ngaét, DMA trong heä ñieàu haønh Win98, Win2000, Win Xp. Vì file driver (.pas, .h, .bas) khaù lôùn neân chæ trình baøy moät phaàn nhoû ôû ñaây (xem website www.advantech.com) Ñaàu tieân phaûi caøi driver vaøo maùy tính thö muïc advantech\adsapi\include seõ chöùa caùc file driver (.pas, .h, .bas) khai baùo caùc haøm cuûa adsapi32.dll (chöùa trong c:\windows\system). Sau khi ñaõ gaén card vaøo maùy tính chaïy chöông trình Device installation ñeå caøi ñaët thoâng soá card cho maùy, card seõ ñöôïc gaén moät soá laø devicenum. Khi laäp trình caàn phaûi khai baùo söû duïng driver, caùc haøm ñöôïc goïi ñeán keøm theo thoâng soá do driver qui ñònh. Cuï theå tuøy theo ngoân ngöõ laäp trình söû duïng. Giới thiệu một số hàm lập trình giao tiếp I/O cho PCI1711 dùng ngôn ngữ cấp cao. 1/DRV_DeviceOpen Tất cả các hàm xuất nhập đều phải đứng sau hàm khởi động mở thiết bị. hàm DRV_DeviceOpen. Hàm này cho phép thiết bị hoạt động, cho phép người điều khiển các hàm I/O. Cấu trúc lệnh như sau: LRESULT DRV_DeviceOpen ( ULONG DeviceNum， LONG * DriverHandle ); 2/DRV_DeviceClose Hàm đóng thiết bị, hàm này ngược lại với hàm mở thiết bị, DRV_DeviceClose thực hiện sau khi tất cả các hàm điều khiển đã ngưng hoạt động như các hàm DIO, AO và AI. Cấu trúc lệnh như sau: LRESULT DRV_DeviceClose ( LONG * DriverHandle ); 3/DRV_SelectDevice Hàm chọn thiết bị trên danh sách, và chọn thông tin đầu I/O của thiết bị. Cấu trúc lệnh như sau: LRESULT DRV_SelectDevice ( HWND hCaller， BOOL GetModule， ULONG * DeviceNum， UCHAR * Description ); 4/DRV_DeviceGetList Hàm cho biết thiết bị kết nối cổng COM. LRESULT DRV_DeviceGetList ( DEVLIST * DeviceList, SHORT MaxEntries, SHORT * OutEntries ); Hàm đọc analog. 5/DRV_AIConfig Hàm cài đặt độ phân giải của ngõ vào các kênh Analog. LRESULT DRV_AIConfig (





168

LONG DriverHandle, LPT_AIConfig lpAIConfig ); 6/DRV_AIGetConfig Hàm cài đặt cấu hình kết nối. LRESULT DRV_AIGetConfig ( LONG DriverHandle, LPT_AIGetConfig lpAIGetConfig ); 7/DRV_AIBinaryIn Hàm chuyển đổi nhị phân sang điện áp. LRESULT DRV_AIBinaryIn ( LONG DriverHandle, LPT_AIBinaryIn lpAIBinaryIn ); 8/DRV_AIScale Hàm chuyển đổi nhị phân sang dữ liệu khác, bất kỳ dạng nào, có thể là điện áp, dòng điện… LRESULT DRV_AIScale ( LONG DriverHandle, LPT_AIScale lpAIScale ); DRV_AIScale Hàm đọc giá trị điện áp của các ngõ vào. LRESULT DRV_AIScale ( LONG DriverHandle, LPT_AIScale lpAIScale ); 9/DRV_MAIConfig Hàm cài đặt cấu hình phân giải ngõ vào analog với các độ lợi áp khác nhau. LRESULT DRV_MAIConfig ( LONG DriverHandle, LPT_MAIConfig lpMAIConfig ); 10/DRV_MAIVoltageIn Hàm trả lại một danh sách các giá trị điện áp đã chuyển đổi gần nhất. LRESULT DRV_MAIVoltageIn ( LONG DriverHandle, LPT_MAIVoltageIn lpMAIVoltageIn ); Các hàm xuất Analog 11/DRV_AOConfig Hàm cài đặt lại cấu hình xuất analog , nếu không, thiết bị sẽ lưu giữ cấu hình cũ trong registry LRESULT DRV_AOConfig( LONG DriverHandle, LPT_AOConfig lpAOConfig ); 12/DRV_AOScale Hàm cài đặt lại độ phân giải của ngõ ra Analog. LRESULT DRV_AOScale (





169

LONG DriverHandle, LPT_AOVoltageOut lpAOScale ); 13/DRV_AOBinaryOut Chuyển đổi nhị phân sang trị điện áp ra analog. LRESULT DRV_AOBinaryOut( LONG DriverHandle, LPT_AOBinaryOut lpAOBinaryOut ); 14/DRV_AOVoltageOut Thay đổi trạng thái điện áp ra từng kênh. LRESULT DRV_AOVoltageOut( LONG DriverHandle, LPT_AOVoltageOut lpAOVoltageOut ); Các hàm port I/O. 15/DRV_ReadPortByte Hàm đọc 1 byte từ port I/O LRESULT DRV_ReadPortByte ( LONG DriverHandle, LPT_ReadPortByte lpReadPortByte ); 16/DRV_WritePortByte Hàm ghi một byte vào địa chỉ tuyệt đối của Port I/O. LRESULT DRV_WritePortByte ( LONG DriverHandle, LPT_WritePortByte lpWritePortByte ); 17/DRV_ReadPortWord Hàm đọc 1 word ( 2 byte) từ port I/O LRESULT DRV_ReadPortWord( LONG DriverHandle, LPT_ReadPortword lpReadPortWord ); 18/DRV_WritePortWord Hàm ghi 1 word. LRESULT DRV_WritePortWord ( LONG DriverHandle, LPT_WritePortWord lpWritePortWord ); Các hàm xuất nhập dạng số 19/AdxDioReadDiPorts Hàm đọc ngõ vào DI ( Digital Input) LRESULT AdxDioReadDiPorts( LONG DriverHandle,





170

ULONG dwPortStart, ULONG dwPortCount, LPBYTE pBuffer ); 20/AdxDioWriteDoPorts Hàm xuất ngõ ra số, DO LRESULT AdxDioWriteDoPorts( LONG DriverHandle, ULONG dwPortStart, ULONG dwPortCount, LPBYTE pBuffer ); Các hàm đếm sự kiện. 21/DRV_CounterEventStart LRESULT DRV_CounterEventStart ( LONG DriverHandle， LPT_CounterEvenStart lpCounterEventStart ); 22/DRV_CounterEventRead LRESULT DRV_CounterEventRead ( LONG DriverHandle, LPT_CounterEventRead lpCounterEventRead ); 23/DRV_CounterFreqStart LRESULT DRV_CounterFreqStart ( LONG DriverHandle， LPT_CounterFreqStart lpCounterFreqStart ); 24/DRV_CounterFreqRead LRESULT DRV_CounterFreqRead ( LONG DriverHandle, LPT_CounterFreqRead lpCounterFreqRead ); 25/DRV_CounterReset Hàm reset bộ đếm. LRESULT DRV_CounterReset ( LONG DriverHandle, LPARAM counter ); Các hàm đếm tốc độ cao: 26/DRV_CheckEvent

Xóa trạng thái cũ và cập nhật trạng thái mới với tần số rất cao.

status = CheckEvent (DriverHandle, lpCheckEvent)

27/DRV_EnableEvent

Hàm cho phép hay không cho pháp đếm sự kiện.





171

status = DRV_EnableEvent (DriverHandle, lpEnableEvent)

7.3.Chöông trình öùng duïng 7.3.1. Chöông trình C ñoåi töông ñoàng ra soá duøng kích meàm 7.3.2.Öùng duïng ñoïc ngoõ vaøo analog C++: //* Description : Demo program fors analog input function with //* software triggering //* Boards Supp. : PCL-818 series/816/1800/812PG/711B, MIC-2718, //* PCM-3718, PCI-1710/1713, PCL-813B, Demo board, //* ADAM-4011/4011D/4012/4014D/4018/4018M/ //* 5018/4017/4013/5017/4016 // * APIs used : DRV_DeviceOpen,DRV_DeviceClose,DRV_GetErrorMessage //* DRV_AIConfig, DRV_AIVoltageIn //* //* Revision : 1.00 //* //* Date : 4/2/2009 #include <windows.h> #include <windef.h> #include <stdio.h> #include <conio.h> #define WIN_CONSOLE #include “C:\Program Files\Advantech\Adsapi\Include\driver.h” //DUONG DAN VAO DRIVER.H /* *********** ** ** ** ** ********* *

Local function declaration * **************** ** ** ** ** ** ** **/ //// CHUONG TRINH DOC GIA TR ANALOG VAO TU CARD PCI-1711 // CHUONG TRINH CHAY KHI GAN CARD PCI-1711 VAO void ErrorHandler(DWORD dwErrCde); void ErrorStop(long*, DWORD); void main() DWORD dwErrCde; ULONG lDevNum; long lDriverHandle; USHORT usChan; float fVoltage; PT_AIVoltageIn ptAIVoltageIn; PT_AIConfig ptAIConfig;





172

//Step 1: Display hardware and software settings for running this // example printf(“ Application card pci-1711 to read value analog input\n”); printf(“ sinh vien thuc hien: VO HOANG MINH-DHDT1B \n”); printf(“ Before running this example, please\n”); printf(“ use the device installation utility to add the device.\n”); //Step 2: Input parameters printf(“\n Please input parameters:”); printf(“\nDevice Number (check the device installation utility): “); scanf(“%d”, &lDevNum); printf(“Input Channel: “); scanf(“%d”, &usChan); //nhap gia tri chanel vao //Step 3: Open device-MO CARD PCI dwErrCde = DRV_DeviceOpen(lDevNum, &lDriverHandle); if (dwErrCde != SUCCESS) ErrorHandler(dwErrCde); printf(“Program terminated!\n”); printf(“Program will close!\n”); printf(“Please you put card pci-1711 enter pc-thank you!\n”); return ; //Step 4: Configure input range-CAU HINH NGO VAO ANALOG ptAIConfig.DasChan = usChan; // channel: 0 ptAIConfig.DasGain = 0; // gain code: 0 dwErrCde = DRV_AIConfig(lDriverHandle, &ptAIConfig); if (dwErrCde != SUCCESS) ErrorStop(&lDriverHandle, dwErrCde); return; // Step 5: Read one data-DOC 1 GIA TRI DU LIEU ptAIVoltageIn.chan = usChan; // input channel ptAIVoltageIn.gain = 0; // gain code: ref // manual fo ptAIVoltageIn.TrigMode = 0; // 0: internal tri // 1: extern ptAIVoltageIn.voltage = &fVoltage; // Voltage retrieve dwErrCde = DRV_AIVoltageIn(lDriverHandle, &ptAIVoltageIn); if (dwErrCde != SUCCESS) ErrorStop(&lDriverHandle, dwErrCde);





173

return; // Step 6: Display reading data-THE HIEN GIA TRI LEN MAN HINH printf(“Reading data = %10.6f\n”, fVoltage); // Step 7: Close device-DONG CARD LAI dwErrCde = DRV_DeviceClose(&lDriverHandle); if (dwErrCde != SUCCESS) ErrorStop(&lDriverHandle, dwErrCde); return; //main-chuong trinh chinh void ErrorHandler(DWORD dwErrCde) char szErrMsg[180]; DRV_GetErrorMessage(dwErrCde, szErrMsg); printf(“\nError(%d): %s\n”, dwErrCde & 0xffff, szErrMsg); //ErrorHandler void ErrorStop(long *pDrvHandle, DWORD dwErrCde) //Error message –THONG BAO LOI ErrorHandler(dwErrCde); printf(“Program terminated!\n”); printf(“Program will close!\n”); //Close device –DONG CARD DRV_DeviceClose(pDrvHandle); exit(0); //ErrorStop-dung chuong trinh

Visual Basic 6.0:

CHƯƠNG TRÌNH ĐỌC NGÕ VÀO ANALOG TỪ PCI1711. Trước tiên tra mở trình soạn thảo Visual Basic lên. Tiếp theo ta vào View chọn Project Explorer . Để chạy được PCI1711 ta phải cài Driver cho nó. Sau khi cài xong ta Add Modul bằng cách vào Project chọn Add Module. Ta thiết kế giao diện điều khiển chính như sau:





174

CODE: Chương trình cho Form: Private Sub Command1_Click() Dim ErrCde As Long ' Error code Dim szErrMsg As String * 80 ' Error string Dim DriverHandle As Long Dim AIConfig As PT_AIConfig Dim AIVoltageIn As PT_AIVoltageIn Dim voltage As Single 'Step 1: open device ErrCde = DRV_DeviceOpen(0, DriverHandle) ' Make sure device number = 0 If (ErrCde <> 0) Then DRV_GetErrorMessage ErrCde, szErrMsg Response = MsgBox(szErrMsg, vbOKOnly, "Error!!") Exit Sub End If 'Step 2: configure input range AIConfig.DasChan = 0 ' channel: 0 AIConfig.DasGain = 0 ' gain code: 0 ErrCde = DRV_AIConfig(DriverHandle, AIConfig) If (ErrCde <> 0) Then DRV_GetErrorMessage ErrCde, szErrMsg Response = MsgBox(szErrMsg, vbOKOnly, "Error!!") Exit Sub End If 'Step 3: read value AIVoltageIn.chan = AIConfig.DasChan AIVoltageIn.gain = AIConfig.DasGain AIVoltageIn.TrigMode = 0 AIVoltageIn.voltage = DRV_GetAddress(voltage) ErrCde = DRV_AIVoltageIn(DriverHandle, AIVoltageIn) If (ErrCde <> 0) Then DRV_GetErrorMessage ErrCde, szErrMsg Response = MsgBox(szErrMsg, vbOKOnly, "Error!!") Exit Sub End If 'Step 4: display value txtAIValue.Text = Format(voltage, "####0.00") 'Step 5: close device ErrCde = DRV_DeviceClose(DriverHandle) If (ErrCde <> 0) Then DRV_GetErrorMessage ErrCde, szErrMsg Response = MsgBox(szErrMsg, vbOKOnly, "Error!!") End If End Sub Private Sub Command2_Click()





175

End End Sub Caâu hoûi vaø baøi taäp Ñieån cöùu: Card thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån PCI 1711

1. Trình baøy sô ñoà khoái cuûa card PCI-1711. 2. Trình baøy caùc thanh ghi cuûa card PCI-1711. 3. Trình baøy thö vieän adsapi32.dll vaø caùc haøm thö vieän duøng laäp trình cho card PCI-1711.

Tham khaûo: 1. Boä moân Ñieàu khieån töï ñoäng, khoa Ñieän-Ñieän töû, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa Tp. HCM Website: http://www.hcmut.edu.vn/ 2. saùch [1]





176

CHÖÔNG 5: GIAO TIEÁP QUA COÅNG SONG SONG 5.1.Tổng quan về cổng song song Coång song song thöôøng duøng ñeå giao tieáp maùy vi tính vôùi ñoái töôïng beân ngoaøi nhôø caùc ñaëc ñieåm: -Laäp trình ñôn giaûn, deã keát noái. -Toác ñoä nhanh. Khuyeát ñieåm cuûa coång song song laø khoaûng caùch ngaén do tính choáng nhieãu keùm. Theo tieâu chuaån IEEE 1284 naêm 1994 coù 5 cheá ñoä hoaït ñoäng cho coång song song. -SPP coång song song chuaån coù 3 mode laø : + Compatibility +Nibble +Byte -EPP coång song song taêng cöôøng(enhanced parallel port). -ECP coång môû roäng khaû naêng(extended capasility port). Tuøy loaïi mainboard coù theå hoã trôï caû 5 mode hay chæ vaøi mode. 5.2.Cấu truùc của cổng song song

5.2.1.Cổng SPP Coång song song coù ñaàu noái 25 chaân caùi thöôøng duøng ñeå keát noái vôùi maùy in ñaàu

noái centronics 34 chaân. Baûng 5.1 cho sô ñoà chaân vaø yù nghóa caùc chaân cuûa coång SPP, daáu “/” coù yù nghóa tích cöïc möùc thaáp. Thí duï chaân 15 laø /Error höôùng vaøo, neáu chaân naøy xuoáng möùc 0 laø coù loãi. Coång SPP coù toác ñoä truyeàn döõ lieäu song song töø 50kbytes/s ñeán 150 Kbytes/s.

Cấu hình:

Gồm 3 thanh ghi

a. Thanh ghi dữ liệu: cho phép đọc và ghi trực tiếp lên thanh ghi này tại 378h.

b. Thanh ghi trạng thái: chỉ cho phép đọc tại địa chỉ 379h.

c. Thanh ghi điều khiển: cho phép đọc và ghi (truyền lệnh ra thiết bị ngoại vi hay yêu cầu ngắt cứng về bộ vi xử lý) tại địa chỉ 37Ah.





177

Sô löôïc coång maùy in :

Ngoaøi caùc thaønh phaàn beân trong (CPU, RAM …) vaø caùc chöông trình , maùy tính

coøn coù khaû naêng giao tieáp vôùi theá giôùi beân ngoaøi qua nhieàu hình thöùc khaùc nhau nhö :

coång noái tieáp, coång song song, coång USB, caùc khe caém PCI, ISA, EISA, …

Trong phaàn naøy , ta chæ ñeà caäp ñeán coång song song (do coång naøy thöôøng duøng cho

maùy in neân ngöôøi ta goïi laø coång maùy in) vaø öùng duïng noù ñeå ñieàu khieån daõy ñeøn nhaùy

duøng trang trí , quaûng caùo …

Coång maùy in duøng loaïi 25 chaân aâm (caùc loã caém) nhö moâ taû :

(Baïn caàn phaûi löu yù laø maùy tính cuõng coù coång 25 chaânduøng cho coång noái tieáp, thuoäc loaïi

coång döông, bao goàm caùc chaân caém)

Baûng 5.1

Chaân Kyù hieäu Moâ taû Höôùng

1 /Strobe Xung kích hoaït maùy in Xuaát

2-9 D0-D7 8 bit döõ lieäu Xuaát

10 /ACK Maùy in baùo saün saøng

nhaän döõ lieäu

Nhaäp

11 Busy Maùy in baùo baän Nhaäp

12 PE Maùy in baùo heát giaáy Nhaäp

13 Select Tín hieäu baùo maùy tính coù

noái maùy in hay khoâng

Nhaäp

14 /Auto feed Yeâu caàu maùy in sang

trang môùi

Xuaát

15 /Error Baùo loãi truyeàn Nhaäp

16 /Init Khôûi taïo maùy in Xuaát

17 /Select in Taøi lieäu choïn maùy in Xuaát

18-25 GND Noái ñaát

1 13





178

o o o o o o o o o o o o o

o o o o o o o o o o o o

14 25

Giao tieáp song song vôùi maùy in thöôøng ñöôïc thöïc hieän theo H5.1 Teân tín hieäu vaø soá chaân phía maùy tính /STROBE 1 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 /ACK 10 BUSY 11 OUT OF PAPER 12 SELECT 13 /AUTO FEED 14 /ERROR 15 /INITIALIZE PRINTER 16 /SELECT INPUT 17 GROUND 18-25

Maùy tính Maùy in





179

Strobe Busy ACK Data H5.1. Sô ñoà keát noái vaø baét tay. Ban ñaàu döõ lieäu 8 bit ñöôïc ñöa ra, maùy tính ñoïc chaân busy neáu ôû möùc thaáp thì maùy in raûnh, seõ ñöa ra tín hieäu strobe roäng 1 μsec vaø maùy in ñoïc döõ lieäu, ñoïc xong seõ baùo trôû laïi baèng /ACK roäng 5 μsec. Neáu maùy in baän thì Busy seõ ôû möùc cao. Vieäc giao tieáp ñöôïc thöïc hieän qua 3 thanh ghi: thanh ghi döõ lieäu, thanh ghi ñieàu khieån vaø thanh ghi traïng thaùi. Thoâng thöôøng hai ñòa chæ goác laø : 378H cho LPT1(line printer 1) 278H cho LPT2 Moät soá maùy tính duøng ñòa chæ 03BC H. Muoán giao tieáp hai höôùng coù theå duøng sô ñoà nhö sau: duøng 74LS244, 74LS245, 74LS373. Moät soá mainboard hoã trôï giao tieáp hai chieàu qua thanh ghi döõ lieäu, bit D5 cuûa thanh ghi ñieàu khieån baèng 1 thì cho pheùp caùc chaân 2…9 cuûa thanh ghi döõ lieäu coù chieàu ñi vaøo, nghóa laø coù theå ñöa tín hieäu vaøo caùc chaân naøy roài ñoïc thanh ghi döõ lieäu. Caùc chaân cuûa thanh ghi ñieàu khieån coù ngoõ ra cöïc thu hôû neân coù theå nhaän tín hieäu vaøo neáu tröôùc ñoù ta ñaõ naïp 8 bit sao cho caùc ngoõ ra öùng vôùi thanh ghi naøy leân 1 (hình 5.2). Do caùc tín hieäu/busy, /select, /AF, vaø /strobe ñaõ ñuôïc ñaûo phaàn cöùng neân ta theâm caùc coång ñaûo, logic ñoïc vaøo phaûn aùnh ñuùng möùc tín hieäu.





180

Döõ lieäu ra D0àD7 Chaân 2-9 11 Busy D7 10 /ACK D6 12 Paper out D5 Döõ lieäu vaøo 8 bit 13 Select in D4 OC

17 /Select D3 Caùc coång NOT laïi OC 16 /Init D2 cöïc thu hôû 14 /AF OC D1 1 /Strobe OC D0 H5.2. Giao tieáp song song hai chieàu qua coång SPP

Trong moät soá tröôøng hôïp, caùc chaân ra cuûa thanh ghi ñieàu khieån khoâng duøng loaïi cöïc thu hôû maø duøng coat totem chæ coù moät chieàu xuaát, luùc ñoù coù theå duøng boä phaân keânh ñeå ñoïc 4 bit döõ lieäu vaøo thanh ghi traïng thaùi, ñoïc 2 laàn seõ ñöôïc 8 bit döõ lieäu (hình 5.3). Trong sô ñoà chaân /strobe ñöôïc duøng ñeå choïn nöûa byte thaáp khi ôû möùc 0 töùc laø bit D0 cuûa thanh ghi ñieàu khieån ôû möùc 1. Vôùi sô ñoà naøyvieäc xuaát nhaäp döõ lieäu 8 bit ñöôïc thöïc hieän nhö sau:

1. Xaùc ñònh ñòa chæ goác cuûa coång LPT. 2. Muoán xuaát döõ lieäu, ghi döõ lieäu 8 bit vaøo thanh ghi döõ lieäu, muoán xuaát nhieàu hôn 8

bit coù theå duøng keøm caùc tín hieäu Init, Select,, baèng caùch ghi vaøo thanh ghi ñieàu khieån byte thích hôïp.

3. Muoán ñoïc döõ lieäu, ghi bit D0=1 vaøo thanh ghi ñieàu khieån, ñoïc 4 bit cao cuûa thanh ghi traïng thaùi (4 bit thaáp cuûa döõ lieäu vaøo), roài dôøi phaûi 4 bit, sau ñoù cho D0 cuûa thanh ghi ñieàu khieån baèng 0, ñoïc 4 bit cao cuûa thanh ghi traïng thaùi (4 bit cao cuûa döõ lieäu vaøo), keát hôïp hai laàn ñoïc ta ñöôïc 1 byte roài exclusive or vôùi 88h ñeå ñaûo hai bit D7 vaø D3 (do busy ñaûo).

Thanh ghi döõ lieäu Thanh ghi traïng thaùi Thanh ghi ñieàu khieån





181

+5V 16 11 /Busy 4 3 D7 10 ACK 7 6 D6 12 Paper out 9 10 D5 8 ngoõ vaøo 13 Select 12 13 D4 2 D3 5 D2 11 D1 1 /Strobe 1 14 D0 15 8

Hình 5.3. Vaøo 8 bit vôùi 74LS157

Ví duï laäp trình

Xuaát trò oval 1 ra thanh ghi döõ lieäu vaø oval 2 ra thanh ghi ñieàu khieån, nhaäp giaù trò inval töø thanh ghi traïng thaùi. Trong ngoân ngöõ C: #define DATA 0x0378 #define STATUS DATA+1 #define CONTROL DATA+2 /* ……… ………….*/ int oval1, oval2, inval; oval1=0x81; outportb(DATA,oval1); oval2=0x08; outportb(CONTROL,oval2); inval=(inportb(STATUS))^0x80 Trong ngoân ngöõ QBASIC DATA=&H378 STATUS =DATA+1 CONTROL =DATA+2 Oval1=129 Out data,oval1

Vcc 1Y 1B 2Y 2B 3Y 3B 4Y 4B 74LS157 1A 2A 3A A/B 4A /G GND





182

Oval2=75 Out CONTROL,oval2 Inval==(inp(STATUS)XOR 128)AND &HF8)/8 Söû duïng ngaét

Khi bit 4 cuûa thanh ghi ñieàu khieån ôû möùc 1 seõ cho pheùp ngaét neáu chaân ACK chuyeån töø 1 xuoáng 0, chöông trình phuïc vuï ngaét IRQ7 seõ ñöôïc goïi(cuõng coù khi ngaét taùc ñoäng khi ACK chuyeån töø 0 leân 1).

Xem ví duï trong saùch [1], trang 154-155. 5.2.2.Cổng EPP

Coång EPP laø saûn phaåm lieân keát cuûa Intel, Xircom vaø Zenith, coù hai chuaån laø EPP1.7 vaø EPP1.9, vaän toác truyeàn töø 500kbytes/s ñeán 2 Mbytes/s nhôø söï hoã trôï cuûa phaàn cöùng.

Có 4 chu kỳ truyền: Chu kỳ ghi dữ liệu Chu kỳ đọc dữ liệu Chu kỳ ghi địa chỉ Chu kỳ đọc địa chỉ

Các tín hiệu giao diện song song trong chế độ EPP CHÂN TÍN HIỆU Ý NGHĨA

1 Write, ra Xuống 0 khi ghi lên 1 khi đọc 14 Datastrobe, ra Xuống 0 khi đọc hoặc ghi dữ liệu 16 Addrstrobe, ra Xuống 0 khi đọc hoặc ghi địa chỉ 17 Reset, ra Khởi động thiết bị ngoại vi khi bằng 0 10 Intr, vào Được dùng để truyền yêu cầu ngắt từ thiết bị ngoại

vi về máy chủ 11 Wait, vào Wait=0 cho phép bắt đầu chu kì truy nhập, Wait=1

cho phép kết thúc chu kì truy nhập 12 Tuỳ chọn, vào Cho phép thiết bị ngoại vi tự qui định 13 Tuỳ chọn, vào Cho phép thiết bị ngoại vi tự qui định 15 Tuỳ chọn, vào Cho phép thiết bị ngoại vi tự qui định 2-9 Vào/ra Bus dữ liệu hai chiều

Chế độ EPP cần nhiều thanh ghi hơn và bổ sung thêm 3 thanh ghi (địa chỉ lệch từ 3 đến 7). Địa chỉ các cổng này được tính bằng cách cộng địa chỉ lệch (offset) với địa chỉ cơ sở của cổng song song 378h. Các thanh ghi trong chế độ EPP: Tên thanh ghi Offset

Đọc /ghi Y nghĩa

Thanh ghi dữ liệu SPP 0 Ghi Thanh ghi dữ liệu cơ bản Thanh ghi trạng thái SPP 1 Đọc Đọc các tín hiệu trạng hái

cơ bản Thanh ghi điều khiển SPP 2 Ghi Viết lên các tín hiệu điều

khiển cơ bản Thanh ghi địa chỉ EPP 3 Đọc/ghi Tạo ra một chu kì đọc hoặc

ghi địa chỉ Thanh ghi dữ liệu EPP 4 Đọc/ghi Tạo ra một chu kỳ đọc





183

hoăc ghi dữ liêu Dự trữ 5-7 Đọc/ ghi Dự trữ cho nhà sản xuất có

thể dùng làm cổng vào ra 16 hoặc 32 bit

Khi ghi lên các cổng cơ bản 378h-37Ah sẽ nhận được phản ứng của giao diện song song chuẩn SPP. Chu kỳ đọc ghi địa chỉ được tiến hành khi ghi hoặc đọc cổng 37Bh. Khi ghi dữ liệu ra cổng 37Ch phần cứng sẽ tự động quản lý tín hiệu bắt tay của chu kỳ ghi. Tốc độ truyền: 500KB đến 2MB/1giây.

5.2.3.Cổng ECP Coång ECP ñöôïc phaùt trieån bôûi Hewlett Packard vaø Microsoft söû duïng

phaàn cöùng hoã trôï cho vieäc truyeàn döõ lieäu neân coù vaän toác truyeàn nhanh, töông töï coång EPP. Ñaëc ñieåm cuûa coång ECP laø neùn döõ lieäu khi truyeàn cho pheùp taêng toác ñoä truyeàn döõ lieäu. Chế độ ECP được thiết kế nhằm cải thiện quá trình truyền dữ liệu giữa máy chủ và

máy in. Chế độ ECP cho phép hai chu kỳ truyền dữ liệu theo hai hướng: § Chu kỳ dữ liệu. § Chu kỳ lệnh.

Chu kỳ lệnh được chia thành hai loại: § Đếm chiều dài chạy-RLE (run-length count) § Kênh địa chỉ (channel address)

Ø RLE cho phép nén dữ liệu, phương pháp này rất thuận lợi cho máy in hay máy quét có dữ liệu dạng bitmap và có nhiều dữ liệu lặp lại. Vi du: nếu muốn gửi một chuỗi gồm 25 kí tự ’A’, thì đầu tiên máy tính sẽ gửi một byte RUN COUNT (xác định số lần lặp lại của byte theo sau nó) bằng 24. Tiếp theo gửi byte ‘A’.Thiết bị ngoại vi khi nhận được lệnh RLE, nó sẽ lặp lại byte tiếp theo một số lần xác định thông qua RUN COUNT. Để dùng được RLE, cả thiết bị ngoại vi và máy chủ cần cài đặt nó.

Ø Phương pháp định địa chỉ cho phép truy nhập nhiều kênh khác nhau trong một thiết bị vật lý duy nhất (chẳng hạn một máy đa chức năng FAX,máy in, MODEM). Phương pháp này cho phép nhiều thiết bị của máy đa chức năng chạy đồng thời và cùng trao đổi dữ liệu với máy tính chủ qua một giao diện song song duy nhất.

v Để phân biệt lệnh là RLE hay địa chỉ thì phải dựa vào bit 7 của đường dữ liệu: § Bit 7 bằng 1 thì bit 0 đến bit 6 là địa chỉ kênh 0 đến 127 của thiết bị ngoại vi. § Bit 7 bằng 0 thì bit 0 đến bit 6 làsố đếm RLE (0-127).

Các tín hiệu trong chế độ ECP:

Chân Tín hiệu Vào/ra Ý nghĩa 1

Hostclk Ra Cùng với periphack truyền dữ liệu và địa chỉ ra thiết bị ngoại vi

2-9 D0-D7 Vào/ra Bus dữ liệu 2 chiều 10 Hostack Ra Báo trạng thái dữ liệu hay lệnh của hướng

ra, cùng với periphclk để nhận dữ liệu từ thiết bị ngoại vi





184

11 1284active Ra Lên 1 khi chuẩn 1284 hoạt động 12 Reverserequest Ra Xuống 0 đường dữ liệu có chiều vào, lên 1

đường dữ liệu có chiều ra 13 Periphclk Vào Cùng với hostack nhận dữ liệu và địa chỉ từ

thiết bị ngoại vi 14 Periphack Vào Báo trạng thái dữ liệu hay lệnh của hướng

vào, cùng với hostclk để truyền dữ liệu ra thiết bị ngoại vi

15 Ackrerseve Vào Xuốmg 0 khi thiết bị ngoại vi chấp nhận rerserverequest

16 Xflag Vào Cờ byte mở rộng 17 PeriphRequest Vào Thiết bị ngoại vi cho xuống 0 khi cho phép

hướng vào máy chủ 18-25 Ground ground Tốc độ truyền : 2MB/giây.

v Ưu điểm cổng song song: Tốc độ truyền nhanh do khả năng xuất ra 8 bit dữ liệu cùng một lúc.

v Khuyết điểm: § Không truyền đi xa quá 8m. Do hiện tượng lệch tín hiệu và chập chờn tín hiệu.

ü Hiện tượng lêch tín hiệu là hiện tượng các tín hiệu không đến đầu nhận cùng một lúc mặc dù nó được gửi đi cùng một lúc ở đầu phát. Cáp càng dài thì khoảng thời gian giữa các thời điểm tín hiệu đầu tiên và tín hiệu cuối cùng đến đầu nhận càng lớn (độ lệch càng lớn).

ü Sự chập chờn tín hiệu là xu hướng các tín hiệu dao động quanh điện áp định mức trong một khoảng thời gian ngắn. § Ơ tốc độ cao, các tín hiệu song song có khuynh hướng gây nhiễu lẫn nhau giữa các

đường tín hiệu liền kề nhau.

5.3.Gheùp nối hai maùy tính bằng cổng song song Hai maùy tính coù theå gheùp vôùi nhau qua coång song song hay coång noái tieáp ñeå

truyeàn soá lieäu thoâng qua tieän ích Direct Cable Connection cuûa Windows hay tieän tích töông töï cuûa Norton Commander. 5.3.1.Gheùp noái song song Duøng caùp noái vôùi hai ñaàu ñöïc DB25 Chaân Chaân D0 2 à 15 D1 3 à 13 D2 4 à 12 D3 5 à 10 D4 6 à 11 Error 15 2 Select 13 3 Paperout 12 4 ACK 10 5 Busy 11 6





185

GND 25 25

5.3.2. Gheùp noái noái tieáp Baûng 5.1. Duøng caùp noái hai ñaàu caùi DB9 hay DB25

9 chaân 25 chaân 25 chaân 9 chaân GND 5 7 7 5 TxD 3 2 3 2 RTS 7 4 5 8 DSR 1,6 6 20 4 RxD 2 3 2 3 CTS 8 5 4 7 DTR 4 20 6 1-6 Truyeàn baèng ñöôøng song song nhanh gaáp 8 laàn ñeán möôøi laàn truyeàn noái tieáp. Neáu coång song song hai maùy coù caáu hình ECP thì vaän toác truyeàn coøn nhanh hôn.

5.4.Mạch ứng dụng

5.4.2.Maïch ñeøn nhaùy :

Chuùng ta seõ thieát keá moät maïch ñeøn nhaùy goàm 8 led, vieäc nhaùy nhö theá naøo (chaïy

ñuoåi, saùng daàn, taét daàn…) laø hoaøn toaøn phuï thuoäc vaøo chöông trình treân maùy tính.

Maïch chæ caàn 8 led, 8 ñieän trôû 330, vaø moät ñaàu noái 25 chaân döông. Ña soá caùc

maïch duøng maùy tính ñieàu khieån ñeàu coù öu ñieåm laø ñôn giaûn nhöng laïi coù raát nhieàu chöùc

naêng.

Hình veõ döôùi laø sô ñoà maïch vaø PCB.





186

330 Ohm x8

R

D7

LED

D1

LED

R8

R

R7

R

J2

CON25

12345678910111213141516171819202122232425

R6

R

D4

LEDD6

LEDD8

LED

D2

LED

R5

R

+5V

DB25 duong

R4

R

R3

R

R2

R

D3

LEDD5

LED

H 5.5.Sô ñoà chi tieát vaø PCB maïch ñeøn nhaùy

Chöông trình treân maùy tính :

Treân maùy tính coù theå coù toái ña ñeán 4 coång song song vaø moãi coång caàn 3 ñòa chæ cho 3

thanh ghi : döõ lieäu. traïng thaùi, ñieàu khieån. Tuy nhieân ta chæ duøng thanh ghi döõ lieäu vaø ñoái

vôùi maùy tính thoâng thöôøng thì ñòa chæ cuûa thanh ghi naøy laø : 378H (coång LPT1). Chöông

trình ôû ñaây minh hoïa daõy led saùng taét daàn vieát baèng Pascal, neáu baïn ñaõ töøng vieát chöông

trình thì coù theå tuøy bieán thaønh nhieàu kieåu nhaùy khaùc nhau, coøn neáu khoâng bieát vieát

chöông trình thì cuõng khoâng sao, haõy môû Pascal vaø goõ ñoaïn chöông trình sau roài cho

chaïy.

Program LED;

Uses CRT;

Var port_address :word;

I : integer;

A : array[0..15]of byte =$FF, $7F, $3F, $0F, $07, $03, $01, $00, $80, $A0, $E0,

$F0, $F8, $FA, $FE;

Loop : boolean;

Begin





187

Port_address:=$378; coù theå thay ñoåi tuøy theo maùy

Loop :=true; laëp voøng

I:=0;

While (loop) do

Begin

If (I>15) then I:=0;

Portport_address:=a[I];

I:=I+1;

End;

End.

Tham khaûo : Baøi baùo “Duøng coång maùy in ñieàu khieån ñeøn nhaùy” cuûa Leâ Phöôùc Thaønh ,

taïp chí Computer Fan, soá cuoái thaùng 8/2000, Hoäi voâ tuyeán ñieän töû Vieät nam.).

5.4.3.Taïo xung vuoâng goùc ôû D0 (chaân 2)cuûa thanh ghi döõ lieäu:

Baèng hôïp ngöõ :

Mov dx, 378h; ñòa chæ LPT1

Mov bx, const1; soá xung ñöôïc xuaát ra

Xuat_ra: mov al,1

Out dx, al; “high” ôû chaân 1

Mov al,0

Out dx, al;”low” ôû chaân 2

Cho_doi: mov cx,const2

Loop cho_doi; thôøi gian chôø, aán ñònh baèng const.2

Dec bx

Jnz xuat_ra

Baèng turbo C:

For(i=1;i<=const1;i++)

Outportb(0x378,0);

Outportb(0x378,1);

Delay(const2);





188

Haèng soá 1 xaùc ñònh soá xung ñöôïc xuaát ra, haèng soá 2 xaùc ñònh soá mili giaây giöõa hai xung

keá tieáp.

Moät ñoaïn chöông trình töông öùng :

For(i=1;i<=const.1;i++)

Outportb(0x378,0);

Delay(const2);

Outportb(0x378,1);

Delay(const3);

Haèng soá 1 xaùc ñònh soá xung ñöôïc xuaát ra, haèng soá 2 xaùc ñònh ñoä keùo daøi cuûa xung vaø

haèng soá 3 xaùc ñònh ñoä troáng cuûa xung, coäng laïi thaønh chu kì xung , laáy nghòch ñaûo ta

nhaän ñöôïc taàn soá xung .

5.4.4.Ñieàu khieån ñeøn giao thoâng:

D3

LED

D2

D1R2

R

vang D2

LED

do

D0D1

LED

xanh

R3

R

R1

R

H5.6

Duøng thanh ghi döõ lieäu (1 : SAÙNG, 0: TAÉT)

D0: neon xanh

D1: neon vaøng

D2: neon ñoû

#include <dos.h>

mian()

while (1)





189

outportb(0x378,1);/* ñeøn xanh*/

delay(1000);

outportb(0x378,2);/* ñeøn vaøng*/

delay(1000);

outportb(0x378,4);/* ñeøn ñoû */

delay(1000);

outportb(0x378,6);/* ñeøn ñoû vaø vaøng*/

delay(1000);

Caâu hoûi vaø baøi taäp:

Chöông 5: Giao tieáp qua coång song song

1.Vieát chöông trình taïo xung vuoâng goùc.

2.Vieát chöông trình ñieàu khieån ñeøn giao thoâng duøng coång LPT1(ñòa chæ 378h).

Thanh ghi ñieàu khieån:

D3

LED

D2

D1R2

R

vang D2

LED

do

D0D1

LED

xanh

R3

R

R1

R

3.Vieát chöông trình ñieàu khieån ñeøn nhaùy duøng coång LPT1. 4. Gheùp noái hai maùy tính baèng coång maùy in. 5. Trình baøy coång maùy in: SPP, EPP vaø ECP. 6. Nghieân cöùu gheùp 8255 vôùi coång maùy in ñeå taêng soá ngoõ logic. 7. Trình baøy card chuyeån ñoåi 8 keânh 12 bit duøng coång maùy in : phaàn cöùng vaø chöông trình ñieàu khieån. 8. Vieát chöông trình ñieàu khieån led ma traän duøng PC gheùp noái 8051 qua coång LPT. 9. Vieát chöông trình ñieàu khieån nhieät ñoä duøng maùy tính PC giao tieáp qua coång LPT (cheá ñoä ECP).





190

Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [3].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [4]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính. [5]. PC-AT Technical Reference





191

CHÖÔNG 7: GIAO TIEÁP QUA COÅNG NOÁI TIEÁP VAØ USB

6.1.Tổng quan về cổng nối tiếp

Giao tieáp noái tieáp baát ñoàng boä

Giao tieáp noái tieáp baát ñoàng boä laø giao tieáp maø caùc bit laàn löôït ñöôïc göûi ra ñöôøng truyeàn vaø xung ñoàng boä nôi phaùt khoâng nhaát thieát phaûi ñoàng boä vôùi xung ñoàng hoà nôi thu

Ngoaøi caùc bit döõ lieäu muoán phaùt thì treân ñöôøng truyeàn coøn coù theâm caùc bit ñeå baét tay vaø ñeå kieåm tra ngöôøi ta goïi laø thoâng tin khung 1-2 bit döøng Bit khôûi ñoäng bit kieåm tra chaün leû

Trong thöïc teá bit khôûi ñoäng ngöôïc vôùi traïng thaùi ñöôøng truyeàn, bit döøng cuøng vôùi traïng thaùi ñöôøng truyeàn Soá bit döøng : 1; 1,5; 2 bit Ñoä daøi kyù töï : 5, 6, 7, 8 bit

H6.2 Caùc IC chuyeân duïng ñeå thu phaùt baát ñoàng boä : 6402, 6850, 8251, 8250

6.2.Cấu truùc của cổng nối tiếp Caùc maïch logic duøng ñieän aùp 5 V do ñoù caàn boä chuyeån ñoåi möùc TTL/CMOS ß> RS232 ñeå coù ñieän aùp phuø hôïp coång COM treân maùy tính, coù hai daïng ñaàu noái ñöïc D-25 chaân vaø D-9 chaân.

Giao dieän RS-232 Khi muoán truyeàn thoâng tin ñi khoaûng caùch xa, chuùng ta khoâng theå truyeàn tröïc tieáp

möùc TTL (0v-5v) vì : -Do suy giaûm ôû nôi thu , khoù phaân bieät ñöôïc möùc tín hieäu 0 vaø 1 -Do laãn nhieãu nôi thu

Vì vaäy ngöôøi ta phaûi : -Ñieàu cheá tín hieäu phaùt khôûi baèng moät soùng mang ít bò suy giaûm treân ñöôøng daây -Taêng möùc ñieän aùp TTL -Söû duïng ñöôøng daây ñieän thoaïi

Ñoái vôùi maïch trao ñoåi thoâng tin khoaûng caùch xa vì möùc ñieän aùp TTL cuûa caùc thieát bò soá khaùc vôùi möùc ñöôøng daây ñieän thoaïi, do ñoù caàn phaûi coù caùc khoái gheùp noái chuaån. Tuøy toác ñoä trao ñoåi tin, khoaûng caùch vaø caùc loaïi modem cuõng nhö ñöôøng daây truyeàn maø ta coù caùc phoái gheùp chuaån khaùc nhau : RS232C, RS 449, RS423A

Vi xöû lyù 1

Khoái gheùp noái song song- noái tieáp

Khoái gheùp noái noái tieáp - song song

Vi xöû lyù 2





192

H6.2 +Thoâng soá kyõ thuaät cuûa chuaån RS-232C

Chuaån RS232C aùp duïng cho toác ñoä truyeàn soá lieäu toái ña laø 20kbps vaø khoaûng caùch cöïc ñaïi laø 15 m

Ñoù laø khoái gheùp noái chuyeån möùc TTL (0-5v) leân möùc ñieän theá cuûa ñieän thoaïi (+/-15v)

Trong ñoù caùc ñöôøng truyeàn soá lieäu duøng möùc logic aâm : -tín hieäu logic 1 ôû giöõa –5v - -15v -tín hieäu logic 0 ôû giöõa +5v - +15v Tuy nhieân tín hieäu ñieàu khieån duøng tín hieäu logic döông

+Sô ñoà chaân cuûa RS232C :

Choát ra oå 9 chaân Choát ra oå 25 chaân Chöùc naêng

1 8 DCD :data carrier detect 2 3 RXD :receive data 3 2 TxD :transmit data 4 20 DTR : data terminal ready 5 7 GND : mass 6 6 DSR :data set ready 7 4 RTS :request to send 8 5 CTS :clear to send 9 22 RI :ring indicator -Caùc ñöôøng döõ lieäu TxD: döõ lieäu ñöôïc truyeàn töø modem treân ñöôøng truyeàn RxD : döõ lieäu ñöôïc thu bôûi modem treân ñöôøng truyeàn -caùc ñöôøng baùo hieäu thieát bò saün saøng DSR:baùo modem ñaõ saün saøng DTR:baùo raèng thieát bò ñaàu cuoái ñaõ saün saøng -Caùc ñöôøng baét tay baùn song song RTS:tín hieäu baùo thieát bò ñaàu cuoái yeâu caàuphaùt döõ lieäu CTS :modem ñaùp öùng nhu caàu göûi döõ lieäu cuûa thieát bò ñaàu cuoái -Caùc ñöôøng traïng thaùi song song vaø tín hieäu ñieän thoaïi

Vi xöû lyù

Khoái gheùp noái song song- noái tieáp

RS232C

Modem

Modem

RS232C

Khoái gheùp noái noái tieáp- song song

Vi xöû lyù





193

CD:modem baùo cho thieát bò ñaàu cuoái bieát raèng ñaõ nhaän ñöôïc moät soùng mang hôïp leä töø ñöôøng truyeàn RI: modem töï ñoäng traû lôøi (baùo raèng ñaõ phaùt tín hieäu chung töø ñöôøng truyeàn). Ưu điểm khi kết nối với cổng nối tiếp:

Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao hơn so với coång máy in thiết bị

ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện.

Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp

thông thường thì việc sử dụng cổng nối tiếp đòi hỏi chi phí nhiều hơn vì có sự biến đỗi dữ

liệu được truyền theo nồi tiếp thành dữ liệu thành song song.Với nhũng bài toán ghép nối

không phức tạp,trong đó chỉ sử dụng một vài đường dẫn vào/ra thì ta có thể sử dụng trực

tiếp các đường dẫn phụ trợ có liên quan của giao diện.Tổng cộng có đến hai đường dẫn lối

ra và bốn đường dẫn lối vào,có thể được trao đổi trực tiếp bằng các lệnh đơn giản.

Việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp trong các trường hợp thông thường đều qua

đường dẫn truyền nối tiếp TxD và đường dẫn nhận nối tiếp RxD. Tất cả các đường dẫn còn

lại có chức năng phụ trợ khi thiết lập và khi điều khiển cuộc truyền dữ liệu.Các đường dẫn

này gọi là các đường dẫn bắt tay bởi vì chúng được sử dụng theo phương pháp “ ký nhận”

giữa các thiết bị. Ưu điểm đặc biệt của đường dẫn bắt tay là trạng thái của chúng có thể đặt

hoặc điều khiển trực tiếp.

Đặc trưng của cổng nối tiếp là hoạt động song công nghĩa là có khả năng thu,phát

đồng thời.Ngoài ra port nối tiếp còn có một đặc trưng khác,việc đệm dữ liệu khi thu của

port này cho phép 1 ký tự được nhận và lưu trong bộ đệm thu trong khi ký tự thứ tiếp tuc

được nhận vào.Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được nhận đầy đủ,dữ

liệu sẽ không bị mất.

Maïch chuyeån möùc: Khi gheùp noái coång COM maùy tính vôùi vi ñieàu khieån hay maïch TTL caàn phaûi coù maïch chuyeån möùc TTLß> RS232 vaø ngöôïc laïi. Caùc vi maïch thöôøng duøng laø caëp MC1488-MC1489, MAX232 (maxim) hoaëc DS275 (dallas), SN75150-SN75154. Loaïi MAX232 thoâng duïng hôn caû vì chæ caàn nguoàn 5V, nguoàn ± 10V do maïch dao ñoäng 16 Khz beân trong cung caáp.

MAX232 Maïch laùi ñöôøng daây : caùc IC thoâng duïng laø MAX232, MC 1488 vaø MC 1489,

DS275 Trong caùc heä phaùt trieån seõ ñöôïc trình baøy, vieäc gheùp noái vôùi maùy tính ñöôïc thöïc

hieän qua coång noái tieáp. Thoâng thöôøng, coù 2 caùch gheùp noái boä vi xöû lyù vôùi coång noái tieáp. 1/ Caùch ñôn giaûn laø duøng transistor laøm boä ñeäm.





194

2/ Gheùp noái caùc ñöôøng truyeàn vaø nhaän (TxD vaø RxD, chaân 10 vaø 11) cuûa boä vi xöû lyù vôùi boä ñeäm /nhaän duøng vi maïch, chaúng haïn loaïi MAX232 cuûa haõng MAXIM. Vi maïch MAX232 chuyeån ñoåi möùc TTL ôû loái vaøo thaønh möùc +10V hoaëc –10V ôû phía truyeàn vaø caùc möùc +3V…+15V hoaëc –3V…-15V thaønh möùc TTL ôû phía nhaän.Hình sau moâ taû caùch saép xeáp chaân vaø sô ñoà caáu truùc vi maïch MAX232.

U2

MAX232

138

1110

134526

129147

R1INR2INT1INT2IN

C+C1-C2+C2-V+V-

R1OUTR2OUTT1OUTT2OUT

(a)

5V + DTR RTS Loái vaøo Loái ra TTL/CMOS RS232 Loái ra Loái vaøo

(b)

Hình 6.3:Saép xeáp chaân (a ) vaø sô ñoà caáu truùc (b) cuûa vi maïch MAX232

Ñöôøng daãn TxD daãn tröïc tieáp ñeán chaân 11 cuûa vi maïch MAX232, coøn boä ñeäm loái ra ôû chaân 14 ñöôïc noái tröïc tieáp vôùi chaân 2 cuûa coång noái tieáp.

+5V à +10V ---------------------+10V à -10V





195

Vieäc saép xeáp chaân ôû coång noái tieáp ñöôïc löïa choïn sao cho coù theå duøng 1 caùp noái tröïc tieáp cuûa heä phaùt trieån vôùi coång noái tieáp cuûa maùy tính , thöôøng duøng COM2. Vôùi ñöôøng daãn RxD, moïi vieäc cuõng dieãn ra töông töï, chaân 13 cuûa vi maïch ñöôïc noái vôùi chaân 3 cuûa coång noái tieáp. Vi maïch MAX232 coù 2 boä ñeäm vaø 2 boä nhaän. Ñöôøng daãn ñieàu khieån loái vaøo CTS, ñieàu khieån vieäc xuaát ra döõ lieäu ôû coång noái tieáp khi caàn thieát, ñöôïc noái vôùi chaân 9 cuûa vi maïch MAX232. Coøn chaân RTS ( chaân 10 cuûa MAX) noái vôùi ñöôøng daãn baét tay ñeå ñieàu khieån quaù trình nhaän. Thöôøng thì caùc ñöôøng daãn baét tay ñöôïc noái vôùi coång noái tieáp qua nhöõng caàu noái, ñeå khi khoâng duøng ñeán coù theå ñeå hôû maïch caùc caàu naøy. Caùch truyeàn döõ lieäu ñôn giaûn nhaát ñeán maùy tính PC laø chæ duøng 3 ñöôøng daãn : TxD, RxD vaø GND ( hoaëc mass).

6.3.IC thu phaùt vạn năng bất ñồng bộ UART Vieäc trao ñoåi soá lieäu cuûa maùy tính ñöôïc thöïc hieän thoâng qua vi maïch

UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), coøn vôùi vi ñieàu khieån hay PLC thì coù caùc vi maïch chuyeân duïng hoaëc ñöôïc tích hôïp trong vi xöû lí. Giôùi thieäu UART 8251/8250 8250: UART, boä thu phaùt baát ñoàng boä ña naêng. 8251: USART, boä thu phaùt baát ñoàng boä vaø ñoàng boä ña naêng.

6.3.1. USART 8251 song song D0-D7 TxD noái tieáp RxD

Hình 6.4 Keát noái 8251 vaø vi xöû lyù. 1.Ñaëc tính: 1.1. Cheá ñoä baát ñoàng boä Khung döõ lieäu truyeàn noái tieáp goàm bit start, döõ lieäu, parity vaø bit stop. -soá bit cuûa kyù töï : 5à8 bit. -stop bit: 1, 1+1/2,2 bit. -toác ñoä: coù caùc thöøa soá toác ñoä 1xclock, 16xclock, vaø 64xclock. -coù theå phaùt hieän sai: kieåm tra parity, loãi khung. 1.2. Cheá ñoä ñoàng boä -soá bit: 5à8 bit. -ñoàng boä beân trong, ñoàng boä beân ngoaøi. Ñoàng boä ngoaøi: chen theâm kyù töï ñoàng boä (kyù töï sync). 2.Sô ñoà khoái: Sô ñoà chaân:

CPU 8251 TxDRDY RxDRDY





196

1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15

Hình 6.5 /DSR: data set ready. /DTR: data terminal ready. /RTS: request to send. /CTS: clear to send. Sô ñoà khoái:

D2 D1 D3 D0 RxD Vcc GND /RxC D4 /DTR D5 /RTS D6 8251 /DSR D7 RST /TxC CLK /WR TxD /CS TxE C//D /CTS /RD SYNDET/BD RxRDY TxRDY





197

D0-D7 TxD TxRDY Reset CLK TxE /TxC /RD /WR C//D /CS RxD /DSR /DTR RxRDY /CTS /RxC /RTS SYSDET/BD Bus döõ lieäu beân trong

Hình 6.6: Sô ñoà khoái 8251 3.Laäp trình 8251: -Töø leänh mode. -Töø leänh command. C//D: =0 :port ñieàu khieån. =1: port döõ lieäu.

Data bus buffer

Read/write control logic

Modem control

Transmitter buffer

Transmitter control

Receive buffer

Receive control





198

TxD RxD TxRDY TxE RxRDY Syndet /CS /RxC /TxC /Reset

Hình 6.7 Maïch giaûi maõ: vaøo ra taùch bieät. +port ñieàu khieån : ñòa chæ 71h +port döõ lieäu: ñòa chæ 70h. A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 1 1 1 0 0 0 0/1 A1 A2 A3 A4 /CS A5 A6 A7 /IORQ Hình 6.8 Chuù yù:

CPU D0-D7 /RD /WR A0

8251 D0-D7 /RD /WR C//D /CS Reset /CTS

Baud rate generator





199

.CLK>30 laàn toác ñoä truyeàn, nhaän. Thí duï: toác ñoä truyeàn 19200 baud à CLK=30x19200=576 Khz. . Toác ñoä thu phaùt: heä soá toác ñoä : x1, x16, x64 heä soá 16: neáu toác ñoä baud =1200 baud thì taàn soá thu vaø phaùt laø 1200x16=19200 Hz. 3.1.Laäp trình 8251 ôû cheá ñoä baát ñoàng boä. Xuaát ra port ñieàu khieån. -xoùa (xoùa beân trong hay xoùa beân ngoaøi). -phaùt leänh MODE. -leänh command. Leänh MODE ôû cheá ñoä baát ñoàng boä : D7 D0 S2 S1 EP PEN L2 L1 B2 B1 B2 B1 : 0 0 sync mode 0 1 : 1x 1 0 : 16x 1 1 :64x L2 L1 0 0 : 5 bit 0 1 : 6 bit 1 0 : 7 bit 1 1 : 8 bit PEN=0 : disable =1 : enable EP(even parity gen/check)= 1 : even (chaün) =0: odd (leû). S2 S1 soá stop bit 0 0 : 0 0 1 : 1 1 0 : 1,5 1 1: 2 Thí duï: töø mode =0DAh= 1 1 0 1 1 0 1 0 Leänh Command : (cho caû hai chaá ñoä Async vaø Sync). D7 D0 EH IR RTS ER SBRx RxEN DTR TxEN TxEN =1 : cho pheùp truyeàn. =0 :DIS DTR= 1 : /DTR=0 =0 : /DTR=1 RxEN (receive enable) =1 : EN cho pheùp =0 : DIS caám





200

SBRx (send break char)=1 : TxD=0 =0 :normal ER (error reset)= 1: reset OE, PE, FE veà 0. RTS=1: /RTS=0 =0: /RTS=1 IR (Internal reset cho UART veà mode (reset noäi) EH (enter hunt mode)=1 : EN (cheá ñoä sync). Thí duï : leänh command laø 37H= 0 0 1 1 0 1 1 1 Thí duï: Khôûi ñoäng 8251 ôû cheá ñoä baát ñoàng boä, 7 bit data, 2 stop bit, parity leû, toác ñoä x16, ñaët /DTR vaø /RTS active (tích cöïc). Chöông trình (vieát baèng leänh cuûa Z80 CPU) LD A, 40H; reset OUT (71H), A ; leänh command LD A, 0DAH; 7 bit data, 2 stop bit, odd parity, 16x. OUT (71H), A; leänh mode LD A, 37H; RTS, DTR, error reset, EN OUT (71H), A; leänh command Leänh hôïp ngöõ 8051: Mov dptr,#71h Mov A,#40h Movx @dptr, A Mov a,#0DAh Movx @dptr, A Mov A,#37h Movx @dptr, A Phaùt: caïnh xuoáng TxC. Thu: caïnh leânh RxC , laáy maãu giöõa bit. Ñoïc traïng thaùi: Ñoïc traïng thaùi cuûa 8251: C/D=1 D7 D0 DSR SYNDET FE OE PE TxE RxRDY TxRDY Theo ñònh nghóa caùc chaân TxRDY bit≠TxRDY pin TxRDY pin=/CTS. TxRDY bit. TxEN bit 3.2. Laäp trình 8251 ôû cheá ñoä ñoàng boä. Xuaát ra port ñieàu khieån: -reset (beân trong hay beân ngoaøi).





201

-leänh mode. -Moät hoaëc 2 kyù töï ñoàng boä. -Leänh command. *Leänh mode 8251 ôû cheá ñoä ñoàng boä: SCS ESD EP PEN L2 L1 0 0 L2 L1: 0 0: 5 bit 0 1: 6 bit 1 0: 7 bit 1 1: 8 bit PEN=1: EN =0: DIS EP=1: even parity =0: odd parity ESD: external sync detect =0: syndet: out (ñoàng boä beân ngoaøi) =1: syndet in (ñoàng boä beân trong) *Leänh command (gioáng Async) char ñöôïc göûi ñi

Sync1 Sync 2 Char 1 Char 2 ... Char N Sync 1 Sync 2 Data /CTS=0 /CTS=1 TxEmpty=1 (troáng) khôûi ñoäng 8251

6.4.Caùc chuẩn vaø phương thức truyền qua cổng nối tiếp -RS232 (xem 6.2) -RS485

6.4.1. Chuaån RS 232C: xem 6.2 6.4.2.MAÏNG 485

Chuaån RS232 duøng ñöôøng truyeàn khoâng caân baèng vì caùc tín hieäu ñeán laáy ñieåm chuaån laø ñöôøng mass chung, do ñoù toác ñoä truyeàn vaø khoaûng caùch truyeàn bò giôùi haïn.

Khi caàn taêng khoaûng caùch vaø toác ñoä truyeàn phöông phaùp truyeàn 2 daây trôû neân höõu hieäu hôn vì hai daây coù ñaëc tính gioáng nhau, tín hieäu truyeàn ñi laø hieäu soá ñieän aùp giöõa hai daây, ño ñoù loaïi tröø ñöôïc nhieãu chung. Hai chuaån thöôøng duøng laø RS 422 vaø RS 485. Tuy nhieân chuaån RS 422 ít thoâng duïng hôn.

Chuaån RS 422 duøng 4 daây do ñoù cho pheùp truyeàn song coâng töùc laø cuøng luùc coù theå thu vaø phaùt. Tín hieäu töø maùy tính theo chuaån RS 232 coù möùc ñieän aùp +/-12V phaûi ñoåi sang möùc TTL 0-5V duøng vi maïch MAX232, sau ñoù tín hieäu ñôn ñöôïc ñoåi sang tín hieäu vi sai duøng vi maïch MAX 485. Ñieän aùp vi sai phaûi lôùn hôn 200mV. Neáu





202

VAB>200mV thì ta coi nhö logic 1 ñöôïc truyeàn coøn neáu VAB<-200mV thì logic 0 ñöôïc truyeàn. Chuaån RS 422 khoâng cho pheùp coù hôn hai thieát bò truyeàn nhaän tin treân ñöôøng daây vì vaäy chuaån 485 thoâng duïng hôn. Vôùi chuaån 485 ta coù theå noái 32 thieát bò thu phaùt treân 2 daây khoaûng caùch toái ña 1200 meùt vaø vaän toác truyeàn 10 Mbit/s. -Chuaån gheùp noái RS-422A: duøng truyeàn caân baèng vaø ñaït ñöôïc hieäu suaát cao hôn: 100 kbps ôû 1200 m tôùi 10 Mbps ôû 12 m. Chæ coù 10 maïch duøng cho hieäu suaát cao laø : Send data (SD) Request to send(RS) Receive data (RD) Clear to send (CS) Terminal timing(TT) Receive Ready(RR) Sending timing(ST) Terminal Ready(TR) Receive timing(RT) Data nmode(DM) Moãi maïch treân ñoøi hoûi hai daây, duøng daây daãn xoaén. Caû hai daây caân baèng vaø khoâng caân baèng thöôøng ñöïng chung trong moät voû caùp. -Chuaån gheùp noái RS-485: chuaån naøy môû roäng chuaån RS-422, cho pheùp truyeàn toái ña 32 traïm(coù ñaëc tính ba traïng thaùi-caáu truùc BUS) so vôùi chuaån RS-232C chæ coù 2 traïm. Möùc logic 1 gioáng chuaån RS-422 nghóa laø naèm trong vuøng ñieän aùp töø -1,5V ñeán -6V, coøn möùc logic 0 trong vuøng ñieän aùp töø +1,5V ñeán +6V. Gioáng nhö RS-422, RS-485 taïo treân hai daây daãn truyeàn moät ñieän aùp vi phaân 5V

Hình 6.10: Nguyeân lyù giao tieáp RS-485(Hình 10.3 trong saùch [2], trang 340) Caùc boä thu phaùt gheùp vôùi ñöôøng daây qua boä chuyeån ñoåi RS232-485.





203

Ñieän trôû ñaàu cuoái Hình 6.11: Boä chuyeån ñoåi söû duïng vi maïch ñoåi möùc ñieän aùp töø ±12V sang 0à5V, thöôøng duøng vi maïch MAX 232, ADM 232 coù hai boä chuyeån ñoåi TTLà232 vaø hai boä chuyeån ñoåi 232àTTL. Vi maïch ADM 235 coù naêm boä chuyeån ñoåi moãi loaïi. Sau ñoù tín hieäu ñôn TSD ñöôïc ñoåi ra vi sai duøng vi maïch Max 485, LTC 1485.. coøn tín hieäu vi sai vaøo ñöôïc ñoåi ra ñôn RXD. Vi maïch 485 duøng nguoàn +5V. Vcc=+5V RO /RE B DE A DI GND MAX 485 75176B

Maùy tính

Chuyeån ñoåi

CHuyeån ñoåi

Chuyeån ñoåi

Thieát bò duøng chuaån RS232

Thieát bò duøng chuaån RS232





204

Hình 6.12: /RE: cho pheùp thu, RO thay ñoåi theo VAB; neáu VAB>200 mV thì RO=High, neáu VBA>200 mV thì RO=Low. DE: cho pheùp phaùt, khi ôû möùc thaáp ñaët A vaø B toång trôû cao. Khi DI=High, DE=High VAB>200 mV, DI=Low, DE=High VBA>200 mV. Hình 6.13: Moät soá vi maïch chuyeån ñoåi TTL-232 thoâng duïng (H7.9 trong saùch [1]).





205

Hình 6.14: Maïch chuyeån ñoåi RS232-485(H7.10 trong saùch [1]). Maïch chuyeån ñoåi RS232 –RS485:

Máy tính PC hỗ trợ một số cổng giao tiếp với bên ngoài như cổng nối tiếp (RS232 ) , hay cổng song

song (LPT) hoặc giao tiếp qua Slot card hay USB. Trong điều kiện cho phép về mặt kỹ thuật có hai giao tiếp





206

có thể thực hiện dễ dàng đó là giao tiếp nối tiếp và giao tiếp qua cổng song song, giao tiếp bằng Slot card hay

USB rất khó thực hiện đòi hỏi công nghệ cao và một số IC chuyên dụng.

Với yêu cầu của bộ điều khiển là giao tiếp dữ liệu đỏi hỏi tốc độ truyền lớn khoảng 10Kbyte/1s và truyền từng

cụm data. Tốc độ của port nối tiếp lớn nhất mà vi điều khiển có thể thực hiện được là 9600bit/s hay

1,2Kbyte/s.

Nhiệm vụ: chuyển đổi tín hiệu từ cổng RS232(COM) của máy tính sang cổng RS485, do chuẩn của máy tính

là cổng COM và muốn truyền thông data đi xa thì phải chuyển đổi sang RS485(ứng dụng mạng truyền thông

công nghiệp).

Sơ đồ nguyên lý kết nối MAX232

Sơ đồ nguyên lí khối phát với bộ chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485:

Chân DE được nối lên Vcc cho phép SN75176B thực hiện chức năng phát tín hiệu. Tín hiệu TTL từ ngõ ra

chân 12 MAX232 qua SN75176B chuyển đổi thành tín hiệu RS485 với đường truyền 2 dây cân bằng từ đó đi





207

đến các môđun điều khiển. Mạch có led hiển thị trạng thái phát và điện trở R2 đóng vai trò như điện trở kéo

lên tại chân phát. Jumper H có thể tháo ra khi không cần dùng đến hai điện trở phân cực.

Xác định điện trở đầu cuối

Điện trở đầu cuối R3 được xác định dựa vào trở kháng đặc tính của đường truyền. Thường thì trở kháng đặc

tính của đường truyền phụ thuộc vào cấu tạo, chiều dài của dây và có giá trị trong khoảng 100 - 120Ω. Qua

tham khảo nhiều tài liệu thì giá trị điện trở đầu cuối thường được sử dụng là 120Ω.

Trong trường hợp đặc biệt là một mạng chỉ có một trạm phát và trạm phát lại nằm ở đầu cuối của đường

truyền thì không cần đặt điện trở đầu cuối ngay phía trạm phát vì lúc này tín hiệu truyền đi được xuất phát từ

chính trạm phát đầu cuối này.

Như vậy với hệ thống điều khiển như trên thì khối phát với bộ chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 đóng vai

trò như một trạm phát ở đầu cuối và nó rơi vào trường hợp đặc biệt. Điện trở R3 lúc này có thể được bỏ đi để

giảm tải cho khối phát.

Sơ đồ khối thu với bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 thành TTL.

Chân RE được nối xuống mass cho phép SN75176B thu nhận tín hiệu RS485 vào và chuyển đổi nó thành tín

hiệu TTL đưa vào MAX232. Mạch thu do sử dụng bus riêng nên cần điện trở đầu cuối và hai điện trở phân

cực R4, R5. Mạch thu có led hiển thị và ngõ ra R có điện trở kéo lên 1k.

Xác định điện trở phân cực R4, R5

Điện trở R4 và R5 là 2 điện trở phân cực dùng để ép đường truyền lên mức cao khi đường truyền rãnh và chỉ

được gắn ở mô-đun chuyển đổi giữa RS232 và RS485. Chúng giúp cho điện áp sai biệt VAB trên 2 dây A, B

luôn ≥ 200mV. Giá trị của R4 và R5 phụ thuộc vào giá trị của hai điện trở đầu cuối và số lượng các trạm

RS485 (1 trạm có thể coi như là 1 IC SN75176B) trên đường truyền.

Để tiện việc mở rộng số mô-đun sau này, ta sẽ tính toán điện trở R4, R5 cho một hệ thống có 32 mô-đun tương

đương với 32 trạm. Và dĩ nhiên hai giá trị điện trở này sẽ đáp ứng tốt cho hệ thống có ít hơn 32 mô-đun. Như

vậy ta có:





208

− 32 trạm RS485, trở kháng ngõ vào 12KΩ cho 1 trạm

− 2 điện trở đầu cuối 120Ω

− VCC = 5VDC

Chúng ta hình dung 32 trạm và 2 điện trở đầu cuối sẽ mắc song song với nhau tạo nên 1 tải RT, và điện trở

RT này lại mắc nối tiếp với 2 điện trở phân cực R4, R5

− 32 trạm song song sẽ có giá trị điện trở 375Ω

− 2 điện trở đầu cuối song song sẽ có giá trị điện trở 60Ω

Điện trở RT:

RT = 375 x 60/(375+ 60) = 52Ω

Để có ít nhất VAB = 200mV, ta cần có dòng chạy qua điện trở RT là:

I = V/RT

= 200mV/52Ω

= 3,8mA

Điện áp còn lại 4,8V sẽ rơi đều trên 2 điện trở phân cực:

VR4 = VR5 = 4,8V/2 = 2,4V

Cuối cùng ta có:

R4 = R5 = 2,4V/3,8mA = 631Ω

Vậy trong một chừng mực cho phép giá trị điện trở R4, R5 ≤ 631Ω sẽ đảm bảo cho VAB ≥ 200mV. Ở đây ta

chọn giá trị R4 = R5 = 620 là hợp lí.

6.5. Maïch giao tieáp coång noái tieáp ,caùc chương trình mẫu 6.5.2.Maïch giao tieáp coång noái tieáp vaø Chöông trình maãu Maïch giao tieáp coång noái tieáp





209

H6.16. Chuyeån ñoåi A/D duøng coång noái tieáp 9600, 8, E,1 Chöông trình ñoåi AD noái tieáp vieát baèng ngoân ngöõ C /*Chuong trinh doi AD noi tiep*/ #include<dos.h> #include<stdio.h> #include<conio.h> #define PORT1 0x3F8 #define INTVECT 0x0C int bufferin=0; int bufferout=0; unsigned char ch; char buffer[1025]; void interrupt PORT1INT /*IRS cho PORT1*/ int c; do c=inport(PORT1+5); if (c&1) (buffer[bufferin]=inportb(PORT1); bufferin++; if (bufferin=1024) bufferin=0; while (c&1); outportb(0x10,0x20); void main(void) int c; outportb(PORT1+1,0) /*cam ngat port 1*/ oldport1isr=getvect(INTVECT); setvect(INTVECT,PORT1INT); /* PORT1-Dat che do*/ outportb(PORT1+3,0x80);/*SET DLAB ON*/ outportb(PORT1+0,0x0C);/*Dat Baud rate 9600 bps*/ outportb(PORT1+1,0x00); outportb(PORT1+3,0x03);/*8bits, No parity, 1 stop bit*/ outportb(PORT1+2,0xC7);/*FIFO Control Register*/ outportb(PORT1+4,0x0B);/*Cho DTR, RTS, va OUT2 ON*/





210

outportb(0x21,(inportb(0x21)&0xEF)); outportb(PORT1+1,0x01);/* interrupt khi nhan data*/ printf("\n\chuong trinh doi AD noi tiep. Nhan ESC de thoat\n"); do if (bufferin!=bufferout)ch=buffer[bufferout]; bufferout++; if (bufferout==1024)bufferout=0; printf("%u\n",ch); printf("%f volts\n",(float)ch/256*5); if (kbhit()c=getch(); outportb(PORT1,c); while(c!=27); outportb(PORT1+1,0); outportb(0x21,(inportb(0x21)|0x20)); setvect(INVECT,oldport1isr); Chöông trình truyeàn noái tieáp duøng ngoân ngöõ C /*Xuat ky tu nhan duoc ra man hinh va doc ky tu tu ban phim gui noi tiep*/ #include<dos.h> #include<stdio.h> #include<conio.h> #define PORT1 0x3F8 /*COM1 0x3F8*/ /* COM2 0x2F8 */ /* COM3 0x3E8 */ /* COM4 0x2E8 */ void main(void) int c; int ch; outportb(PORT1+1,0);/*Cam ngat port 1*/ /* Dat cau hinh port1 */ outportb(PORT1+3,0x80);/*SET DLAB ON*/ outportb(PORT1+0,0x03);/*Set baud rate-Divisor Latch Low byte*/ /* Default 0x03=38,400 bps*/ /* 0x01=115,200 bps*/ /* 0x02=56,700 bps*/ /* 0x06=19,200 bps*/ /* 0x0C=9,600 bps*/ /* 0x18=4,800 bps*/ /*0x30 = 2400 bps*/ outportb(PORT1+1,0x00);/*Set baud rate-Divisor latch high byte*/ outportb(PORT1+3,0x03);/*8bits, No parity, 1 stop bit*/ outportb(PORT1+2,0xC7);/* FIFO Control register*/ outportb(PORT1+4,0x0B);/*Turn on DTR, RTS and OUT2*/ printf("\nj Press ESC to quit\n"); do c=inportb(PORT1+5);/* Xem co nhan duoc ki tu khong*/ if(c&1)ch=inportb(PORT1); printf("%c",ch);/*Xuat ki tu ra man hinh*/ if(kbhit()) ch=getch();/*Doc phim bam*/ outport(PORT1,ch); /*Gui ki tu*/ while(ch!=27); Chöông trình giao tieáp noái tieáp duøng ngaét





211

#include<dos.h> #include<stdio.h> #include<conio.h> #define PORT1 0x2E8 #define INTVECT 0x08 /*Com port ‘s IRQ here*/ int bufferin=0; int bufferout=0; char ch; char buffer[1025]; void interrupt (*oldport1isr)(); void interrupt PORT1INTO(); /*Interrupt Service Routine (IRS) for PORT1*/ int c; do c=inportb(PORT1+5); if (c&1) buffer[bufferin]=inportb(PORT1); bufferin++; if (bufferin==1024) bufferin=0; while (c&1); outportb(0x20,0x20); void main(void) int c; outportb(PORT1+1,0); oldport1isr=getvect(INTVECT) ;/*caát vectô ngaét cuõ*/ setvect(INTVECT, PORT1INT) ; /* ñaëc vectô ngaét môùi*/ /*COM1 0x0C*/ /* COM2 0x0B */ /* COM3 0x0C */ /* COM4 0x0B */ outportb (PORT1+3, 0x80);/*SET DLAB ON*/ outportb (PORT1+0,0x03);/* Set baud rate-Division Latch Low Byte*/ /*default 0x03=38,400 bps*/ /*0x01=115,200 bps*/ /*0x20=56,700 bps*/ /*0x06=19,200 bps*/ /*0x0C=9,600 bps*/ /*0x18=4,800 bps*/ /*0x30=2,400 bps*/ outportb (PORT1+1,0x00);/*Set baud rate-Division Latch Hight Byte*/ outportb (PORT1+3,0x03);/*8 bits, No parity, 1 Stop bits*/ outportb (PORT1+2, 0xC7);/*FIFO Control Register*/ outportb (PORT1+4,0x0B);/*Turn on DTR, RTS, and OUT2*/ outportb (0x21,(inportb(0x21)&0xF7));/*Set programmable Interrupt Controller*/ /*COM1 (IRQ4)=0xEF*/ /*COM2 (IRQ3)=0xF7*/ /*COM3 (IRQ4)=0xEF*/ /*COM4 (IRQ3)=0xF7*/ outportb (PORT1+1,0x01); /* Ngaét khi thu*/ printf(“\n Press ESC to quit\n”); do





212

if(bufferin!=bufferout) ch=buffer[bufferout]; bufferout++; if (bufferout==1024) bufferout=0; printf(“%C”,ch); if (kbhit()) c=getch(); outportb (PORT1,c); while (c!=27); outportb (PORT1+1,0);/*Turn off interrupt-port1*/ outportb (0x21, (inportb(0x21)|0x08));/*MASK IRQ using PIC*/ /*COM1 (IRQ4)=0x10*/ /*COM2 (IRQ3)=0x08*/ /*COM3 (IRQ4)=0x10*/ /*COM4 (IRQ3)=0x08*/ setvect(INTVECT,oldport1isr) ;/*hoài phuïc vectô ngaét cuõ*/ 6.6. Modem

Modem laø thieát bò bieán ñoåi tin soá (daïng 0,1) thaønh tin töông töï cuûa soùng mang cao taàn (ñieàu cheá, ñieàu bieán hay bieán hoaøn) vaø ngöôïc laïi, loïc tín hieäu ñieàu bieán (tín hieäu soùng mang cao taàn coù bieân ñoä hay taàn soá hoaëc pha thay ñoåi theo tín hieäu soá) thaønh tin soá (giaûi ñieàu cheá, giaûi ñieàu bieán hay giaûi bieán hoaøn). Toùm laïi, modem cho pheùp bieán ñoåi caùc tín hieäu soá nhò phaân thaønh caùc tín hieäu tuaàn hoaøn hình sin töông töï coù taàn soá phuï thuoäc baêng cô sôû, coù ñaëc tính veà bieân ñoä, veà taàn soá hoaëc veà pha laø ñaëc tính cuûa tín hieäu soá nhò phaân. Khi caàn truyeàn tín hieäu ñi xa , nhaát thieát phaûi duøng modem ñeå truyeàn caùc tín hieäu soá treân ñöôøng daây ñieän thoaïi coù saün daønh truyeàn caùc tín hieäu töông töï aâm taàn coù daõi taàn töø 300Hz ñeán 3300Hz ñeå choáng nhieãu, choáng suy giaûm bieân ñoä do ñoù naâng cao tyû soá tín hieäu/ taïp aâm.

6.7.Mạch laäp trình vi ñieàu khieån ATmel 89C51 Maïch naïp vi ñieàu khieån Atmel AT89C51/52/55 duøng coång noái tieáp COM 1 /COM2

(RS232C).





213

Hình 6.17

Tham khaûo : 1/.Website: http://www.kmitl.ac.th/~kswichit/ 2/.Baøi baùo “Boä naïp cho 89C5X” cuûa taùc giaû Nguyeãn Huy Thuïy, Ñinh Coâng Huaân, Taïp chí Töï ñoäng hoùa ngaøy nay, trang 56-57, Thaùng 8(soá 48), 2004. Caâu hoûi vaø baøi taäp: Chöông 6: Giao tieáp qua coång noái tieáp 1.Nhöôïc ñieåm cuûa trao ñoåi tin song song vaø yeâu caàu trao ñoåi tin noái tieáp.





214

2.Phaân loaïi trao ñoåi tin noái tieáp. Ñaëc ñieåm vaø öùng duïng cuûa töøng loaïi trong trao ñoåi tin thöïc teá. 3.So saùnh chuaån truyeàn noái tieáp RS-232C, RS-422A vaø RS-485. 4.So saùnh caùc cheá ñoä trao ñoåi tin khoâng ñoàng boä vaø ñoàng boä, neâu ñaëc ñieåm vaø öùng duïng cuûa töøng loaïi. 5.Trao ñoåi tin trong maùy vi tính IBM-PC vaø treân maïng maùy tính (LAN, Internet, coâng nghieäp). 6. Veõ giaûi thuaät vaø vieát chöông trình trao ñoåi tin noái tieáp ôû cheá ñoä khoâng ñoàng boä cho maùy PC-IBM vôùi vi maïch Intel 8251/8250 baèng hôïp ngöõ. 7. Nghieân cöùu vaø vieát chöông trình cho maïch ghi AT89C51. 8. Cho maïch giao tieáp coång noái tieáp:

Vieát chöông trình ñoåi AD noái tieáp vieát baèng ngoân ngöõ C Chöông trình truyeàn noái tieáp duøng ngoân ngöõ C Chöông trình giao tieáp noái tieáp duøng n gaét. Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [3].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [4]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính. [5]. PC-AT Technical Reference

[6]. Serial port complete, Jan Axelson.





215

6.8.GIAO TIEÁP QUA COÅNG USB Trao ñoåi tin noái tieáp treân ñöôøng daây ña naêng(USB) 6.8.1.Tổng quan về USB

Ngaøy nay caùc maùy tính ñeàu coù trang bò ít nhaát hai coång USB (universal serial bus) ñeå keát noái vôùi maùy in, camera, chuoät, thanh nhôù flash rom, modem,.. Ñaëc ñieåm USB laø toác ñoä truyeàn lôùn, plug and play, coù theå gaén vaø thaùo noùng, khoâng caàn nguoàn cung caáp cho thieát bò vaø coù theå keát noái nhieàu thieát bò treân moät bus chung. USB laø saûn phaåm cuûa nhieàu coâng ty nhö Intel, Compaq, HP, lucent, Microsoft, NEC, Philips. Coù hai chuaån USB 1.1 (naêm 1998) vaø USB 2.0(naêm 2000) nhanh hôn. Ba vaän toác truyeàn 480 Mb/s, 12 Mb/s vaø 1,2 Mb/s. Yeâu caàu trao ñoåi tin noái tieáp treân ñöôøng daây USB 6.8.1.1. Caùc coång noái tieáp cuûa caùc maùy PC-IBM hieän ñaïi

Maùy vi tính PC-IBM vôùi vi xöû lí Pentium III vaø IV coù caùc coång noái daây n hö hình. Ngoaøi caùc coång COM truyeàn thoáng(PS/2 Mouse vaø PS/2 keyboard, COM1, COMa, COMb) coøn coù coång cho maïng LAN(LAN port) vaø coång USB (USB port). 6.8.1.2. Yeâu caàu trao ñoåi tin vôùi nhieàu thieát bò ngoaøi noái tieáp Ngoaøi chuoät , baøn phím vaø trao ñoåi vôùi thieát bò ngoaøi noái tieáp khaùc(thieát bò ñaàu cuoái, maùy vi tính khaùc qua coång COM RS232), maùy vi tính hieän ñaïi coøn yeâu caàu trao ñoåi tin noái tieáp vôùi nhieàu thieát bò ngoaøi khaùc. Caùc thieát bò ña phöông tieän (Multimedia) nhö maùy in, TV/Video, camera soá, maùy ñieän thoaïi, ñóa hình/tieáng.. caàn gheùp noái vôùi maùy vi tính ñeå löu tröõ, xöû lyù döõ lieäu vaø vaän haønh. Nhôø maùy vi tính, caùc thieát bò ngoaøi soá treân coù theå vaän haønh ôû cheá ñoä ON LINE(treân ñöôøng daây) döôùi söï ñieàu khieån cuûa maùy vi tính, ñem laïi nhieàu hieäu quaû vaø tính naêng vöôït troäi. Ñeå ñaùp öùng yeâu caàu trao ñoåi tin vôùi caùc thieát bò ngoaøi, chuùng ta khoâng theå toå chöùc nhieàu oå caém treân maùy vi tính, maø phaûi toå chöùc ñöôøng daây(Bus) gheùp noái noái tieáp vain naêng(USB) vôùi caùc ñaàu tieáp xuùc HUB theo kieåu taàng goàm nhieàu hình sao noái tieáp. 6.8.2.Đặc tính cổng USB Toå chöùc ñöôøng daây 6.8.2.1. Caùch gheùp noái 6.8.2.2. Ñöôøng daây vaø oå caém vaøo maùy vi tính Coång USB coù 4 chaân goàm hai daây nguoàn vaø hai daây tín hieäu vi sai.

Chaân Teân Maøu daây Coâng duïng 1 Vcc Ñoû +5V DC 2 D- Traéng Döõ lieäu(-) 3 D+ Xanh luïc Döõ lieäu(+)

4 GND Ñen Ñaát Khi caém thieát bò vaøo coång USB ñieän aùp treân daây 2 vaø 3 thay ñoåi baùo cho boä ñieàu khieån USB coù thieát bò gaén vaø baét ñaàu moät loaït trao ñoåi thoâng tin nhaän daïng thieát bò





216

gaén vaøo ñeå naïp driver phuø hôïp cho thieát bò. Muoán gaén nhieàu thieát bò vaøo moät coång ta duøng hub. Soá löôïng thieát bò USB toái ña laø 127. 6.8.2.3. Boä truyeàn nhaän 6.8.2.4. Vi ñieàu khieån USB 8x930 6.8.2.5. Phieân baûn USB 2.0

Nhieàu maùy tính khoâng coøn thieát keá coång COM, do ñoù gay baát tieän khi caàn giao

tieáp vôùi caùc thieát bò khoâng hoã trôï USB. Nhieàu haõng ñaõ cheá taïo caùc maïch chuyeån ñoåi töø USB sang RS232 hay RS422, RS485. Nguyeân taéc laø duøng moät vi maïch laøm gao tieáp vôùi maùy tính theo chuaån USB vaø giao tieáp vôùi thieát bò khaùc theo chuaån cuûa coång COM. Phaàn meàm driver seõ coi thieát bò nhö laø coång COM bình thöôøng vaø ta laäp trình giao tieáp vôùi thieát bò ngoaïi vi nhö laø vôùi coång COM, qua trung gian maïch chuyeån ñoåi. Thí duï : xeùt saûn phaåm cuûa haõng FTDI (future technology devices international Ltd.)duøng vi maïch FT232BM, sô ñoà khoái vi maïch naøy trình baøy ôû hình 7.





217

Hình 6.18: Sô ñoà khoái vi maïch FT232 chuyeån ñoåi USB-COM. Phaàn sau moâ taû caùc khoái chính 3.3V LDO regulator: taïo nguoàn 3,3V cho caùc khoái khaùc. USB transceiver: laùi tuyeán döõ lieäu. USBDPLL: voøng khoùa pha. Serial interface engine: chuyeån ñoåi song song noái tieáp, neùn tín hieäu vaø kieåm tra choáng sai. USB protocol engine: taïo vaø kieåm tra giao thöùc USB. Dual port TX buffer: chöùa döõ lieäu truyeàn. Dual port RX buffer: chöùa döõ lieäu thu. UART FIFO controller : ñieàu khieån truyeàn döõ lieäu giöõa buffer vaø thanh ghi UART. EEPROM interface : chöùa thoâng soá nhaän daïng, neáu khoâng coù linh kieän naøy thì duøng thoâng soá do nhaø saûn xuaát caøi saün trong chip.





218

Hình 6.19: Sô ñoà maïch chuyeån ñoåi USB-RS232

6.8.3.Trao ñoåi tin 6.8.3.1. Daïng tin a)Möùc vaø daïng tín hieäu: Tín hieäu cuûa tin USB laø tin soá TTL vôùi möùc tín hieäu laø 0V vaø 3,3V, hoaøn toaøn töông thích vôùi tín hieäu soá cuûa maùy vi tính, khoâng caàn khoái gheùp noái chuyeån ñoåi möùc nhö RS-232. Tín hieäu ñöôïc truyeàn theocaùc goùi döõ lieäu USB, khoaûng caùch giöõa caùc goùi laø 1ms. Tuøy toác ñoä , moãi goùi tin coù ñoä roäng 667ns(toác ñoä chaäm vôùi 1,5 Mbit/s) hay 83,3 ns (toác ñoä cao vôùi 12 Mbit/s). b)Caùc khung tin: 6.8.3.2. Thuû tuïc trao ñoåi tin 6.8.3.3. Caùc loaïi truyeàn döõ lieäu cuûa USB 6.8.3.4. Caøi ñaët , gôõ thieát bò ngoaøi 6.8.3.5.Phaàn meàm phuïc vuï USB a) Caùc baûng lieät keâ b) Phaàn meàm ñieàu khieån USB(driver)

Board phaùt trieån :





219

Baûng : Nhieàu nhaø saûn xuaát taïo ra boä ñieàu khieån USB maø töông thích vôùi caùc hoï vi ñieàu khieån hieän haønh.

Caùc nhaø saûn xuaát ñeà nghò board phaùt trieån vaø phaàn meàm söûa loãi keøm theo laøm cho caùc nhaø phaùt trieån deã daøng söû duïng chip.

Hình 6.20: Board I2C/IO cuûa haõng DeVaSys Embedded Systems chöùa EZ-USB vaø moät soá tuøy choïn cho I/O.

EZ-USB laø söï choïn löïa töï nhieân vì phaàn deûo( firmware) coù theå taûi veà töø host neân ta khoâng phaûi quan taâm veà laäp trình phaàn cöùng. Board I2C/IO cuûa haõng DeVaSys Embedded Systems chöùa chip AN2131 EZ-USB, moät keát noái vôùi 20 bit I/O, giao tieáp I2C





220

cho truyeàn noái tieáp ñoàng boä vaø 1 giao tieáp baát ñoàng boä. 24LC128 treân maïch laø eeprom I2c chöùa 16 Kbytes döõ lieäu, bao goàm IDs cuûa nhaø saûn xuaát vaø saûn phaåm, vaø phaàn deûo . Board coù theå naïp phaàn deûo cuûa noù töø eeprom, hay töø host keát noái hay khi baät ñieän.

6.8.4.Lập trình giao tiếp thiết bị ngọai vi qua cổng USB

Hieän nay ñeå giao tieáp vôùi coång USB coù hai caùch: -Taïo coång aûo, treân cô sôû coång USb sau ñoù truy caäp leân coång USB nhö laø trao ñoåi vôùi moät coång RS-232. -Söû duïng file *.DLL, moät file thö vieän lieân keát ñoäng. Chính file *.DLL maø thöôøng laø PORT.DLL ñaõ ñoøi hoûi trình ñoä laäp trình ôû möùc baùn chuyeân nghieäp. Trong tröôøng hôïp söû duïng file port.dll, ngöôøi duøng caàn coù kinh nghieäm laäp trình caùc taäp tin ñieàu khieån trong Windows nhieàu hôn, nhöng taát nhieân tính chuyeân nghieäp cuûa saûn phaåm vieát ra cuõng cao hôn. Taäp tin port.dll giuùp ngöôøi duøng vöôït qua nhöõng khoù khaên khi laøm vieäc trong moâi tröôøng Windows laø tieáp caän caùc giao dieän cuûa maùy tính PC. Nhöõng nhieäm vuï ñaët ra khi vieát taäp tin port.dll laø:

• Môû caùc giao dieän. • Truyeàn döõ lieäu theo caùch noái tieáp. • Tieáp can ñeán caùc ñöôøng daãn ôû giao dieän. • Nhaäp vaøo vaø xuaát ra caùc coång. • Phaùt khoaûng thôøi gian ñeå coù thôøi löôïng chính xaùc ñeán miligiaây. • Truy nhaäp tôùi card aâm thanh. • Truy nhaäp qua coång troø chôi.

Moät giaûi phaùp môùi vaø toaøn dieän hôn cuûa coâng ty National Instrument (Hoa Kyø) ñaõ laøm giaûm nheï khoù khaên cho ngöôøi duøng muoán xaây döïng caùc heä thoáng ño löôøng vaø thu thaäp döõ lieäu qua coång USB baèng vieäc giôùi thieäu vôùi thò tröôøng hai moâñun NI USB 6008 vaø NI USB 6009. Caùc thoâng soá kyõ thuaät chính cuûa hai moâñun naøy coù theå keå ra laø:

• Taùm keânh loái vaøo analog vôùi ñoä phaân giaûi 12 bit ñoái vôùi NI USB 6008 vaø 14 bit vôùi NI USB 6009; toác ñoä laáy maãu ñaït tôùi 48 kS/s.

• Caùp noái moät ñaàu vôùi coång USB treân maùy tính, moät ñaàu vôùi caùc loã coù vít baét treân moâñun cho pheùp moñun coù theå hoaït ñoäng theo kieåu caém laø chaïy.

• Phaàn meàm ñieàu khieån ñöôïc cung caáp keøm theo coù theå chaïy trong moâi tröôøng Windows, Mac OS X, vaø Linux OS.

• Caùc coång vaøo ra coù theå söû duïng cho caùc pheùp ño ñôn giaûn vaø thu thaäp döõ lieäu. • Coù theå ñöôïc caáp ñieän töø USB.

Truyeàn döõ lieäu giöõa hai maùy tính duøng coång USB : chöông trình Superlink





221

Hình 6.21 6.8.5. Coång hoàng ngoaïi Coång hoàng ngoaïi (IrDA infrared data association) thöôøng ñöôïc trang bò treân maùy tính xaùch tay ñeå keát noái vôùi thieát bò soá nhö maùy tính, ñieän thoaïi di ñoäng, camera soá.. söû duïng soùng taàn soá 875nm, khoaûng caùch lieân laïc chöøng 1m. Chuaån IrDA 1.0 coù vaän toác truyeàn 2400÷115,200 kb/s, töông töï nhö chuaån cuûa UART. Chuaån IR 1.1 coù ba vaän toác truyeàn 0,576; 1,152 vaø 4Mb/s truyeàn tin theo goùi goàm hai byte start, ñòa chæ, döõ lieäu, CRC vaø bit stop. Hình 22: Chuaån IR 1.0 Caâu hoûivaø baøi taäp: Chöông 7: Giao tieáp qua coång USB 1.So saùnh chuaån truyeàn noái tieáp RS-485 vaø chuaån USB. 2.Trình baøy caùc coång noái tieáp cuûa maùy PC-IBM hieän ñaïi. 3.Ñöôøng daây vaø oå caém vaøo maùy tính: ñaàu noái ôû bus USB. 4. Toå chöùc ñöôøng daây: caùch gheùp noái, ñöôøng daây vaø oå caém vaøo maùy vi tính, boä truyeàn nhaän, vi ñieàu khieån USB 8x930 vaø phieân baûn USB 2.0. 5.Trao ñoåi tin: daïng tin, thuû tuïc trao ñoåi tin, vaø caùc loaïi truyeàn döõ lieäu cuûa USB. 6*. Tìm hieåu phaàn meàm SuperLink duøng gheùp noái hai maùy tính baèng coång USB. 7. Trình baøy coång hoàng ngoaïi. Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [3].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [4]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính.





222

[5]. PC-AT Technical Reference

[6]. USB complete, Jan Axelson.





223

CHÖÔNG 7: LAÄP TRÌNH GIAO TIEÁP NOÁI TIEÁP

7.1. Laäp trình trong DOS

7.1.1.Ngoân ngöõ Qbasic:

Leänh khôûi ñoäng coång COM n:

OPEN “COM n,[Baud], [Parity], [Data], [Stop]” for RANDOM as#m

N=1,2,3,4; m=1à255

Thí duï : OPEN “COM 2, 9600, E, 7, 2” FOR RANDOM AS#1

Leänh xuaát ra moät chuoãi :

PRINT #,S$

Leänh ñoïc vaøo moät chuoãi:

INPUT #1, R$

Ngoaøi ra coøn coù caùc leänh truy xuaát thanh ghi cuûa vi maïch UART.

7.1.2.Ngoân ngöõ Pascal vaø C:

Duøng caùc leänh truy xuaát thanh ghi.

7.1.3.Trong MsDOS ôû doøng leänh ñaùnh :

MODE COM n : 96, E, 7, 1 seõ môû COM n.

7.2. Laäp trình duøng ngoân ngöõ Visual Basic 6.0:

Ngoân ngöõ Visual Basic coù modul phaàn meàm MSCOMM.OC phuïc vuï cho

truyeàn thoâng , vôùi Visual Basic 4.0 laø MSCOMM16.OCX coøn vôùi Visual Basic 6.0 laø

MSCOMM32.OCX.

7.2.1.Sử dụng MSComm

MSComm là yêu cầu điều khiển cho thông tin trên cổng nối tiếp

Caøi ñaët:

ActiveX MsComm được bổ sung vào một Visual Basic Project thông qua menu

Project > Components

Tính chất

MSComm:có một số tính chất liên kết.Tính chất liên hệ tới cấu hình của port,truyền dữ

liệu,sử dụng tín hiệu bắt tay,và nhận ra điều khiển





224

Cấu trúc:

§ CommID: tra lại việc điều khiển khi nhận ra thiết bị

§ Commport: đặt và trả lại vị trí của port

§ Inbuffersize: đặt và trả lại kích thước của bộ đệm.(bằng byte)

§ Inputlen: đặt và trả lại những con số hoặc những ký tự ở ngõ vào sẽ đọc

§ Inputmode:đặt và trả lại kiểu dữ liệu.(dạng chữ hay nhị phân)trả lại bằng ngõ vào

hay được đồng ý ở ngõ ra

§ Nulldiscard:xác định ký tự có rỗng hay không.(Chr.(0).) đã được truyền từ port tới

bộ đệm nhận hoặc được bỏ qua

§ Outbuffersize:đặt và trả lại kích thước của bộ đệm truyền (khoảng 512 byte)

§ Parityreplace:kiểm tra cờ chẵn lẻ

§ Portopen: đặt và trả lại trạng thái của port.(giá trị boolean)

§ Rthreshold:đặt và trả lại một số hoặc ký tự tới bộ nhận trước khi so sánh tới

comEvReceive

§ Settings:đặt và trả lại tố độ truyền,cờ chẵn lẻ và dữ liệu vả bit stop

§ Sthreshold:đặt và trả lại số hoặc ký tự nhỏ nhất trong bộ đệm truyền trước khi so

sánh với comevsend

Phần truyền dữ liệu:

§ Commevent:trả lại hầu hết các sự kiện hoặc lỗi gần đây

§ Inbuffercount:trả lại một số hay ký tự trong bộ đệm truyền

§ Input:trả lại vả xoá dữ liệu từ bộ đệm truyền

§ Outbuffercount:trả lại một số hoặc một ký tự trong bộ đệm truyền

§ Output:ghi dữ liệu ra bộ đệm truyền

Phần điều khiển có sự bắt tay

§ Break:đặt hoặc xoá đi tín hiệu bị hỏng

§ Cdholding:trả lại trạng thái của CD

§ CTSHoding:trả lại trạng thái của CTS

§ DSRHolding:trả lại trạng thái của DSR

§ DTREnable:đặt hoặc xoá DTR

§ Handshaking:đặt vả trả lại chuẩn bắt tay

§ RTSEnable:đặt và xoá RTS

Thí dụ:

Private Sub Form_Load





225

Dim Buffer$ as string

‘Duøng COM1, 9600 baud, khoâng parity, 8 bit data, 1 bit stop

MSComm1.Comport=1

MSComm1. Settings= ”9600, N, 8, 1”

‘Ñoïc toaøn boä boä ñeäm

MSComm1. Inputlen=0

‘Môû coång vaø göûi leänh ñeán modem cheá ñoä traû lôøi baèng chöõ

MSComm1.PortOpen=True

MSComm1.Output=”ATV1Q0” & Chr$(13)

‘Chôø traû lôøi “Ok”, neáu coù Ok thì ñoùng coång

Do

DoEvents

Buffer$=Buffer$ & MSComm1.Input

Loop Until InStr (Buffer$, “OK”&vbCrLf)

MSComm1.PortOpen=False

End Sub

Chöông trình treân duøng kyõ thuaät hoûi voøng. Ta coù theå duøng kyõ thuaät söï kieän

object.commevent. Khi coù söï kieän xaûy ra chöông trình cho coång object_oncomm() seõ

ñöôïc goïi ñeå xöû lyù caùc söï kieän hay caùc loãi.

Private Sub MSComm1_OnComm()

Select Case MSComm1.CommEvent

‘Xöû lyù söï kieän hay loãi baèng caùch ñaët leänh döôùi moãi phaùt bieåu Case

‘Loãi

Case ComEventBreak ‘Nhaän Break

Case ComEventFrame ‘Sai frame

Case ComEventOverrun ‘Maát döõ lieäu

Case ComEventRXOver ‘Ñeäm thu traøn

Case ComEventRXParity ‘Sai parity

Case ComEventTXFull ‘Ñeäm phaùt ñaày





226

Case ComEventDCB ‘Sai khi ñoïc DCB

‘Söï kieän

Case ComEvCD ‘Ñöôøng CD thay ñoåi

Case ComEvCTS ‘CTS thay ñoåi

Case ComEvDSR ‘DSR thay ñoåi töø 1 xuoáng 0

Case ComEvRing ‘RI thay ñoåi

Case ComEvReceive ‘Soá byte ñeäm thu ñaït möùc Rthreshold

Case ComEvSend ‘Soá byte ñeäm phaùt ít hôn Sthreshold

Case ComEvEOF ‘Nhaän kyù töï EOF keát thuùc file (maõ ASCII 26) trong chuoãi nhaäp

End Select

End Sub

7.3. Laäp trình duøng ngoân ngöõ laäp trình DELPHI 5.0 vaø VISUAL C+ + 6.0 Hai ngoân ngöõ naøy duøng caùc haøm cuûa Win API32. Do tính chaát phöùc taïp cuûa caùc haøm vaø giôùi haïn cuûa giaùo trình, xin trình baøy vaén

taét ñeå aùp duïng vaøo chöông trình trong Delphi. Chi tieát coù theå ñoïc trong Win 32 Program Reference.

Môû coång COM duøng haøm Createfile, haøm naøy traû veà moät bieán (handle). Neáu khoâng môû coång ñuôïc bieán traû veà -1 ,ñoùng coång duøng closehandle bieán traû veà laø khaùc zero, neáu traû veà zero laø coù loãi.

Get Commstate laáy caáu hình hieän taïi cuûa coång caát vaøo khoái DCB(device control block).

Set Commstate ñaët caáu hình coång theo noäi dung cuûa DCB. Purge Comm_ xoaù boä ñeäm vaøo ra, chaám döùt ñoïc , vieát. Writefile vieát data (xuaát ra coång com). Readfile ñoïc coång. EscapeCommFinetion ñaët vaø xoùa RTS hay DTR.

7.4. Laäp trình duøng Matlab Giới thiệu về giao tiếp nối tiếp giữa Matlab với thiết bị ngoại vi qua cổng

COM: Các lệnh dùng cho việc giao tiếp: Ø Instrcallback: Thông tin về sự kiện khi một sự kiện xảy ra. Ø Instrfind: Truy xuất các đối tượng cổng COM từ bộ nhớ để xuất ra

Workspace. Ø Instrfindall: Tìm các đối tượng cổng COM có thuộc tính ấn và không ẩn.

Ø Readasync: Đọc dữ liệu từ thiết bị ngoại vi gửi lên theo phương thức bất đồng bộ.

Ø Record: Lưu giữ lại dữ liệu và thông tin về sự kiện vào một tập tin. Ø Serial: Tạo mới đối tượng cổng COM.





227

Ø Serial.clear: Xóa đối tượng cổng COM khỏi workspace. Ø Serial.delete: Xóa đối tượng cổng COM khỏi bộ nhớ. Ø Serial.fgetl: Đọc chuỗi ký tự được gửi lên từ thiết bị ngoại vi nhưng

không đọc ký tự kết thúc. Ø Serial.fgets: Đọc chuỗi ký tự được gửi lên từ thiết bị ngoại vi bao gồm

cả ký tự kết thúc. Ø Serial.fopen: Kết nối đối tượng cổng COM với thiết bị ngoại vi. Ø Serial.fprintf: Gửi một chuỗi ký tự xuống thiết bị ngoại vi. Ø Serial.fread: Đọc dữ liệu nhị phân từ thiết bị gửi lên. Ø Serial.fscanf: Đọc dữ liệu từ thiết bị gửi lên dưới dạng văn bản. Ø Serial.fwrite: Gửi dữ liệu nhị phân xuống thiết bị. Ø Serial.get: Xem các thuộc tính của đối tượng cổng COM. Ø Serial.isvalid: Xác định đối tượng cổng COM có hợp lệ hay không. Ø Serial.length: Chiều dài của mảng đối tượng cổng COM. Ø Serial.load: Nạp các đối tượng cổng COM cũng như các biến đã lưu

trước đó vào Workspace. Ø Serial.save: Lưu các đối tượng cổng COM cũng như các biến thàng

một tấp tin *.mat. Ø Serial.set: Thiết lập hoặc hiển thị các thuộc tính của đối tượng cổng

COM. Ø Serial.size: Xem kích thước của mảng đối tượng cổng COM. Ø Stopasync: Ngừng thao tác đọc/ghi bất đồng bộ.

Baøi taäp: Chöông 7: Laäp trình giao tieáp noái tieáp 1.Vieát chöông trình hôïp ngöõ 8051 vaø Visual Basic 6.0 ñeå giao tieáp vaø ñieàu khieån led ñôn. P0 noái 8 led, P1 noái nuùt nhaán. -Vieát chöông trình hôïp ngöõ 8051 : Ñeøn saùng daàn, saùng doàn , saùng taét. -Chöông trình Visual Basic 6.0 taïo giao dieän ñieàu khieån. 2. Laäp trình giao tieáp noái tieáp trong DOS. 3. Laäp trình giao tieáp noái tieáp duøng Visual Basic 6.0. 4. Laäp trình giao tieáp noái tieáp duøng Delphi vaø Visual C++6.0/Borland C++ Builder 5.0. Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân Taäp, Laäp trình gheùp noái maùy tính trong Windows, NXB KHKT, Haø noäi, 2001. [3]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [4].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [5]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính. [6]. Serial port complete, Jan Axelson.





228

Chöông 8: CAÙC BOÄ CHUYEÅN ÑOÅI DÖÕ LIEÄU TÖÔNG TÖÏ - SOÁ ( ADC ) VAØ SOÁ-

TÖÔNG TÖÏ (DAC). HEÄ THOÁNG THU THAÄP DÖÕ LIEÄU

Toång quan veà vaøo ra maùy tính

Hình 8.1: Toång quan veà vaøo ra maùy tính

Ñaëc ñieåm rôøi raïc hoùa vaø thôøi gian thöïc:

-Heä ñieàu haønh thôøi gian thöïc, ngaét.

-Giaûn ñoà thôøi gian, moâ taû chuoãi tuaàn töï-söï kieän.

-Thu thaäp döõ lieäu duøng maùy tính.

-Sai soá rôøi raïc hoùa, laáy maãu vaø khoâi phuïc döõ lieäu. Loïc anti-aliasing, hieän thöïc töông töï.

-Sai soá löôïng töû hoùa.

8.0. HỆ THOÁNG THU THẬP DỮ LIỆU NHIỀU KÊNH

1 Thu thập dữ liệu

Mục đích của thu thập dữ liệu là thu thập thông tin của các hiện tượng hay các

đại lượng vật lý như là điện áp, dòng điện, nhiệt độ, áp suất hoặc âm thanh. Sự thu

thập dữ liệu trên PC sử dụng một sự kết hơp giữa mô đun phần cứng, phần mềm ứng

dụng và một máy tính để thực hiện việc thu thập. Trong khi mỗi hệ thống thu thập dữ

liệu được định nghĩa bởi yêu cầu ứng dụng của nó. Mỗi hệ thống chia sẽ một mục

đích chung thu được, phân tích và nhận thông tin hiện có. Những hệ thống thu thập

dữ liệu hợp nhất những tín hiệu, các cảm biến, những cơ cấu chấp hành, những trạng

thái tín hiệu, những thiết bị thu thập dữ liệu và phần mềm ứng dụng.

Gia coâng tín hieäu

Ngoõ vaøo maùy tính Maùy tính

Kieåm tra ngoõ ra

Xöû lí

Loïc soá

Kieåm tra tín hieäu

Ngoõ ra maùy tính

DAC loïc Gia coâng

ADC Ña hôïp

Loïc töông töï





229

(a)Chöùc naêng cuûa heä thu thaäp döõ lieäu

Hình 8.2 : sơ đồ hệ thống thu thập dữ liệu

2 .Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh

Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh là hệ thống có thể thực hiện việc thu

thập dữ liệu, giám sát và điều khiển của nhiều đối tượng cùng một lúc, các đối tượng

có thể giống nhau hay khác nhau. Các đối tượng đó có thể là nhiệt độ, áp suất, lưu

lượng,… Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh là sự thu thập dữ liệu trên máy tính

PC sử dụng một sự kết hợp giữa mô đun phần cứng, phần mềm ứng dụng và một

máy tính đo thực hiện việc thu thập.

Hệ thu thập dữ liệu thực hiện các năng năng như sau:

§ Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến.

§ Phân tích, xử lý và thực hiện các phép tính toán trên các dữ liệu thu thập

được.





230

§ Hiển thị các dữ liệu thu thập được, kết quả đã xử lý, lưu trữ thông tin thu thập

được lên máy tính.

§ Viết chương trình giao tiếp, giám sát và điều khiển trên máy tính.

§ Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị điều

khiển.

Sơ đồ hệ thu thập dữ liệu 1 kênh:

Hình 8.3 : Sơ đồ hệ thu thập dữ liệu 1 kênh

S/H:lấy mẫu và giữ, ADC chuyển đổi tương tự sang số, DAC chuyển đổi số

sang tương tự

Chúng ta có thể thiết kế một card thu thập dữ liệu 8 bit hoặc12 bit giao tiếp

với máy tính hoặc sử dụng card thu thập dữ liệu và điều khiển của hãng sản xuất như

là card PLC 818L, PCI 1711/1718 HDU của hãng Advantech.

Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh :

Caûm bieán

Khueách ñaïi S/H

ADC Maùy vi tính

DAC

Khueách ñaïi

Caûm bieán

Quaù trình

Multiplexer

Demultiplexer Khueách

ñaïi Chaáp haønh

Khueách ñaïi

Chaáp haønh

Quá trình

Cảm biến Gia công tín hiệu

S/H ADC Hệ vi xử lý và Máy tính

DAC Khuếch đại Chấp hành





231

Hình 8.4: Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh

S/H: laáy maãu vaø giöõ.

ADC: chuyeån ñoåi töông töï-soá.

DAC: chuyeån ñoåi soá-töông töï.

8.1.CHUYEÅN ÑOÅI TÖÔNG TÖÏ - SOÁ ( ADC )

Bieán ñoåi AD laø thaønh phaàn caàn thieát trong vieäc xöû lyù thoâng tin vaø caùc chöùc naêng

ñieàu khieån söû duïng phöông phaùp soá. Tín hieäu thöïc ôû daïng analog. Moät heä thoáng thu thaäp

döõ lieäu phaûi coù caùc boä phaän giao tieáp AD. Noù seõ ñoåi döõ lieäu töø moät hay nhieàu ñaàu tieáp

nhaän ( hay caûm bieân ) thaønh döõ lieäu soá ñöa vaøo boä xöû lyù soá. Thöôøng moät heä thoáng thu

nhaäp döõ lieäu goàm caùc phaàn : caûm bieân, khueách ñaïi, loïc , maïch laáy maãu vaø giöõ, boä phaân

keânh vaø caùc boä AD.

Trong chöông naøy ta seõ nghieân cöùu caùc khaùi nieäm cô baûn veà bieán ñoåi AD, caùc kyõ

thuaät thöïc hieän vaø vieäc choïn löïa caùc phöông phaùp giao tieáp.

8.1.1. Bieán ñoåi AD :

a. Quan heä vaøo / ra cô baûn :

Bieán ñoåi AD coù tính chaát tæ leä. Tín hieäu vaøo töông töï Vi ñöôïc bieán ñoåi thaønh moät

phaân soá x baèng caùch so saùnh Vi vôùi tín hieäu tham chieáu Vref . Ñaàu ra cuûa boä ADC laø

maõ cuûa phaân soá naøy. Baát kyø moät sai soá Vref naøo cuõng daãn tôùi sai soá möùc ra, vì vaäy

ngöôøi ta coá gaéng giöõ cho Vref caøng oån ñònh caøng toát.Hình 2.1.a minh hoïa quan heä vaøo /

ra.

Neáu maõ ngoõ ra boä AD laø n bit thì soá möùc rôøi raïc laø 2n . Ñoái vôùi töông öùng

moät - moät, taàm vaøo löôïng töû hoùa ñuùng theo möùc naøy. Moãi möùc ( löôïng töû ) nhö vaäy laø

moät giaù trò töông töï ñöôïc phaân bieät vôùi hai maõ keá tieáp nhau. Noù chính laø kích thöôùc cuûa

bit coù troïng soá nhoû nhaát ( LSB : Least Significant bit ).

n

FSLSBQ2

==

ÔÛ ñaây Q laø moät löôïng töû, LSB chæ ra giaù trò analog cuûa moät LSB vaø FS laø möùc ngoõ

vaøo analog ñaày thang





232

Taát caû caùc giaù trò analog trong phaïm vi moät löôïng töû Q ñeàu ñöôïc bieåu dieãn bôûi maõ soá

gioáng nhau, maø maõ naøy töông öùng vôùi giaù trò trung bình , ñöôïc goïi laø möùc ngöôõng. Vì tín

hieäu vaøo sai khaùc vôùi möùc ngöôõng ñi moät gía trò ± 1/2 LSB vaø vaãn ñöôïc bieåu dieãn bôæ

maõ gioáng nhau neân coù sai soá löôïng töû hoùa laø ∆ Q = ±1/2 LSB trong baát kyø quaù trình

chuyeån ñoåi AD. Sai soá naøy coù theå giaûm thieåu baèng caùch taêng soá bit maõ ra cuûa boä AD.

Hình 8.5.b minh hoïa chuyeån ñoåi AD 3 bit lí töôûng.

Kích thöôùc 1 LSB laø 1/8 FS vaø taàm giaù trò vaøo ñöôïc löôïng töû hoùa thaønh 8 möùc

töø 0 ñeán 7/8 FS . Chuù yù raèng ngoõ ra nhò phaân cöïc ñaïi 111 töông öùng vôùi 7/8 FS chöù

khoâng phaûi ñaày thang ( FS - Full Scale ). Vì coù moät maõ ra gaùn cho zero neân maõ ra cöïc

ñaïi cuûa ADC luoân luoân laø giaù trò töông töï ñaày thang tröø ñi 1 LSB.

Vref

Vi ADC ⇒ Ngoõ ra soá

(a)

Ngoõ ra : ref

i

VVx =

x Maõ Ngoõ ra ADC

Q

7/8 111

¾ 110

5/8 101 ΔQ

½ 100

3/8 011

¼ 010

1/8 001

0 000 Ngoõ vaøo analog

0 1/8 ¼ 3/8 ½ 5/8 ¾ 7/8FS

Caùc möùc löôïng töû (b)

Hình 8.5 : Chuyeån ñoåi töông töï - soá

a) : Quan heä cô baûn.

b) : Ñaëc tính lí töôûng cuûa boä ADC 3 bit.





233

b. Sai soá chuyeån ñoåi :

Boä chuyeån ñoåi AD thöïc teá seõ khaùc ñi so vôùi ñaêc tính lí töôûng cho ôû hình 8.1.b.

Haøm truyeàn ñaït thöïc coù theå bò dòch ñi moät giaù trò ( Hình 8.6.a ). Söï ″ leäch khoâng ″ (

offset ) hay ″ sai soá zero ″ ( zero error ) laø giaù trò töông töï laøm cho ñöôøng ñaëc tuyeán

chuyeån ñoåi khoâng ñi qua ñieåm khoâng, nghóa laø ñöôøng ñaëc tuyeán thöïc khoâng baét ñaàu öùng

vôùi giaù trò cuûa 1/2 LSB.

Ñoä doác cuûa haøm truyeàn thöïc sai khaùc ñi ñoä doác lí töôûng ( Haøm truyeàn ñaït lí töôûng

cuûa ADC coù ñoä doác baèng 1 ) seõ taïo ra sai soá ñoä doác hay sai soá khuyeách ñaïi ( Hình 8.6.b

). Ñoái vôùi haàu heát ADC thöông maïi, sai soá leäch khoâng vaø sai soá khueách ñaïi hoaëc laø raát

nhoû hoaëc ñöôïc loaïi boû bôûi söï ñieàu chænh ban ñaàu.

Sai soá tuyeán tính khoâng theå loaïi boû baèng ñieàu chænh. ADC coù hai loaïi phi tuyeán .

Meùo phi tuyeán ( sai soá tuyeán tính tích phaân ) ñöôïc ñaëc tröng bôûi söï sai leäch cöïc ñaïi cuûa

haøm truyeàn ñaït so vôùi ñaëc tính ñöôøng thaúng khi maø sai soá leäch khoâng vaø sai soá khueách

ñaïi ñeàu baèng khoâng ( Hình 8.6.c ). Coøn sai soá ñôn ñieäu ( sai soá tuyeán tính vi phaân ) ñöôïc

ñaëc tröng bôûi söï sai leäch cuûa löôïng töû Q ra khoûi giaù trò töông töï lí töôûng. Neáu sai soá naøy

vöôït quaù 1 LSB thì coù theå maát moät vaøi maõ soá ( Hình 8.6.d ).

Ngoõ ra ADC

Sai soá leäch khoâng

0 FS Ngoõ vaøo töông töï

a)





234

Ngoõ ra ADC

Sai soá khueách ñaïi


b)

Ngoõ ra ADC

Sai soá tuyeán tính


c)

x Maõ Ngoõ ra ADC

7/8 111

¾ 110

5/8 101

½ 100

3/8 011

¼ 010 Maõ bò maát

1/8 001 Löôïng töû khoâng lí töôûng

0 000 Ngoõ vaøo analog

0 FS





235

d)

Hình 8.6 : Sai soá chuyeån ñoåi.

a) : Sai soá leäch khoâng.

b) : Sai soá khueách ñaïi.

c) : Sai soá phi tuyeán.

d) : Sai soá ñôn ñieäu.

c. Ñoä phaân giaûi chuyeån ñoåi :

Ñoä phaân giaûi laø giaù trò bieán ñoåi nhoû nhaát cuûa tín hieäu vaøo ñöôïc yeâu caàu ñeå thay

ñoåi maõ ngoõ ra AD leân moät möùc. Ñoä phaân giaûi ñöôïc ñöa ra vôùi giaû thieát boä chuyeån ñoåi lí

töôûng, vì vaäy noù phaûn aùnh khaû naêng cuûa boä chuyeån ñoåi hôn laø söï hoaït ñoäng thöïc teá. Ñoä

phaân giaûi ñöôïc bieåu thò baèng phaàn traêm cuûa FS ( ôû mV ) hay ñôn giaûn laø soá bit chuyeån

ñoåi ( Ví duï : ADC coù ñoä phaân giaûi 8,10,12 bits .... ).

d. Ñoä chính xaùc chuyeån ñoåi :

Ñoái vôùi caùc ADC, ñoä chính xaùc laø söï sai bieät giöõa giaù trò ñieän aùp vaøo thöïc so

vôùi giaù trò ñieän aùp töông ñöông cuûa maõ ra nhò phaân. Ñoä chính xaùc ñöôïc goïi laø ñoä chính

xaùc tuyeät ñoái khi bieåu thò baèng volt vaø ñöôïc goïi laø ñoä chính xaùc töông ñoái khi bieåu thò

baèng kích thöôùc LSB . Maët khaùc, ñaây laø toång cöïc ñaïi cuûa taát caû caùc sai soá chuyeån ñoåi,

bao goàm caû sai soá löôïng töû hoùa. Caùc thoâng soá veà sai soá chuyeån ñoåi thöôøng ñöôïc cho

rieâng reõ trong taøi lieäu kyõ thuaät, vì vaäy ñoä chính xaùc thöôøng khoâng ñöôïc neâu ra, tuy nhieân

ta coù theå tính toaùn ñoä chính xaùc deã daøng.

e. Toác ñoä chuyeån ñoåi :

Toác ñoä chuyeån ñoåi cho bieát soá keát quaû chuyeån ñoåi trong moät giaây, ñöôïc goïi laø taàn

soá chuyeån ñoåi fc . Cuõng coù theå duøng tham soá thôøi gian chuyeån ñoåi Tc ñeå ñaëc tröng cho

toác ñoä chuyeån ñoåi. Tc laø thôøi gian caàn thieát cho moät keát quaû chuyeån ñoåi. Chuù yù raèng fc

≠ 1/ Tc . Thöôøng fc < 1/ Tc vì giöõa caùc laàn chuyeån ñoåi coøn coù moät khoaûng thôøi gian

caàn thieát ñeå cho ADC hoài phuïc laïi traïng thaùi ban ñaàu. Caàn löu yù raèng, moät soá ADC coù

toác ñoä chuyeån ñoåi cao, taát nhieân phaûi tra ûgiaù baèng ñoä chính xaùc giaûm hoaëc ngöôïc laïi,





236

nghóa laø yeâu caàu veà ñoä chính xaùc vaø toác ñoä chuyeån ñoåi maâu thuaãn vôùi nhau, tuøy yeâu caàu

söû duïng, phaûi tìm caùch dung hoøa caùc yeâu caàu ñoù moät caùch hôïp lyù nhaát.

f. Ñaàu vaøo boä ADC :

Tuøy theo coâng ngheä cheá taïo maø boä ADC coù ñaàu vaøo ñôn cöïc hay löôõng cöïc, ña

soá naèm trong khoaûng 0 ÷ 5v hoaëc 0 ÷ 10v ñoái vôùi ADC ñôn cöïc vaø - 5v ÷ + 5 v ; -

10v ÷ + 10 v ñoái vôùi ADC löôõng cöïc. Tín hieäu vaøo caàn phaûi phuø hôïp vôùi taàm vaøo xaùc

ñònh cho töøng boä ADC. Neáu ñaàu vaøo khoâng heát thang seõ taïo maõ voâ duïng ôû ñaàu ra. Vaán

ñeà naøy ñöôïc giaûi quyeát baèng caùch choïn taàm ñaàu vaøo boä ADC sau ñoù chænh ñoä lôïi thích

hôïp cho ñaàu vaøo cuûa nguoàn analog.

Khi söû duïng boä ADC ñôn cöïc maø coù tín hieäu vaøo laø löôõng cöïc trong khoaûng ±

Vpp thì ta phaûi coäng ñieän aùp vaøo Vi vôùi moät ñieän aùp neàn baèng + Vpp, khi ñoù ta seõ coù Vi

naèm trong khoaûng 0 ... + 2 Vpp. Tín hieäu naøy seõ ñöôïc ñöa tôùi ñaàu vaøo boä ADC . Neáu söû

duïng ADC löôõng cöïc thì khoâng caàn coäng tín hieäu vaø ñaàu ra ta seõ nhaän ñöôïc maõ löôõng

cöïc.

g. Ñaàu ra boä ADC :

Ña soá ADC coù ñaàu ra 8 bit, 12 bit, 16 bit ...., duø vaäy cuõng coù loaïi 3 (1/2 ) digit,

maõ BCD, 10 bit, 14 bit. Ñaàu ra caùc boä ADC thöôøng laø maõ nhò phaân töï nhieân, hoaëc coù

daáu. ADC duøng cho maùy ño chæ thò soá ña duïng thöôøng laø maõ BCD.

h. Tín hieäu tham chieáu Vref :

Moïi ADC ñeàu yeâu caàu coù tín hieäu tham chieáu Vref . Baát kyø moät sai soá naøo treân

Vref ñeàu gaây ra loãi ñoä lôïi ôû ñaëc tính ADC . Vì vaäy Vref laø tín hieäu baûo ñaûm ñoä chính

xaùc vaø oån ñònh cuûa moät boä ADC. Duøng IC oån aùp coù theå thoûa maõn ñieàu naøy.

i. Tín hieäu ñieàu khieån :

Moïi boä ADC ñeàu phaûi coù xung clock vaø tín hieäu ñieàu khieån ñeå hoaït ñoäng. Thieát

bò ngoaøi giao tieáp vôùi ADC seõ khôûi ñoäng quaù trình chuyeån ñoåi AD baèng caùch phaùt moät

xung döông vaøo ñaàu vaøo Start cuûa ADC. Boä ADC seõ nhaän bieát caïnh leân cuûa xung Start

vaø ngay sau ñoù noù seõ keùo ñöôøng BUSY hay EOC ( EOC : end of conversion : keát thuùc

chuyeån ñoåi ) xuoáng thaáp ( khoâng tích cöïc ). Ñieàu naøy baùo hieäu vôùi thieát bò ngoaøi raèng

chuyeån ñoåi ñang tieán haønh vaø raèng döõ lieäu ngoõ ra cuõng chöa xuaát hieän hay chöa coù moät





237

chuyeån ñoåi môùi naøo. Luùc naøy ADC ñang thöïc hieän quaù trình chuyeån ñoåi. Töông öùng vôùi

moãi xung clock ñöa vaøo, ADC seõ thöïc hieän moät böôùc chuyeån ñoåi. Sau moät soá böôùc nhaát

ñònh ( tuøy theo boä ADC ) thì quaù trình bieán ñoåi hoaøn thaønh. ÔÛ cuoái chuyeån ñoåi hieän

haønh, ADC keùo ñöôøng EOC leân möùc cao trôû laïi. Vieäc chuyeån töø thaáp leân cao cuûa ñöôøng

EOC thöôøng duøng taïo ra moät ngaét cöùng ôû vi xöû lyù hay ñeå baùo cho thieát bò ngoaøi raèng

chuyeån ñoåi ñaõ keát thuùc. Sau ñoù thieát bò ngoaøi seõ gôûi tín hieäu cho pheùp ngoõ ra ( OE :

Output Enable ) tôùi ADC, baùo hieäu cho ADC ñoå döõ lieäu ra. Ñoái vôùi caùc ADC coù ñoä

phaân giaûi lôùn hôn 8 bit, OE coù theå goàm HBE ( high byte enable , cho pheùp byte cao ) vaø

LBE ( low byte enable, cho pheùp byte thaáp ). Moät töø chuyeån ñoåi ñöôïc ñaët vaøo data bus

8bit baèng hai pheùp truyeàn tuaàn töï . Neáu data bus 16 bit thì ta chæ caàn moät ñöôøng OE laø

ñuû truyeàn 16 bit . Hình 8.7 minh hoïa caùc tín hieäu vaøo ra tieâu bieåu cuûa ADC cuøng

vôùi daïng soùng cuûa caùc tín hieäu ñieàu khieån .

BUSY/EOC

Vi

ADC High byte

Vref

Start Low byte

Clock

HBE LBE

(OE)

(a)





238

Start

EOC

Tc

HBE

LBE

Chu kì laáy maãu

(b)

Hình 8.7 Boä chuyeåàn ñoåi töông töï - soá (a) Caùc tín hieäu vaøo vaø ra tieâu bieåu (b)

Daïng soùng tín hieäu ñieàu khieån maïch tieâu bieåu .

8.1.2 Caøc kyõ thuaät bieán ñoåi AD :

8.1.2.1. Bieán ñoåi AD baèng phöông phaùp ñieän theá baäc thang :

Vi So Nguoàn

Vht saùnh xung

Coång

Xung kích khôûi

DAC Boä ñeám

Vref Ngoõ ra soá Vht ε

(a) Vi

t

Tc

(b)

Hình 8.8 Bieán ñoåi AD ñieän theá baäc thang





239

(a) Sô ñoà khoái

(b) Daïng soùng ngoõ ra

Taïi moãi thôøi ñieåm ti maïch ñöôïc kích khôûi ñeå baét ñaàu quaù trình chuyeån ñoåi. Khi

ñoù boä ñeám baét ñaàu ñeám caùc xung vaø noäi dung boä ñeám seõ taêng daàn theo thôøi gian. Maët

khaùc noäi dung cuûa boä ñeám cuõng ñöôïc bieán ñoåi thaønh giaù trò analog Vht nhôø boä bieán ñoåi

soá - töông töï (DAC). Tín hieäu hoài tieáp naøy luoân luoân ñöôïc so saùnh vôùi tín hieäu vaøo Vi.

Khi chuùng baèng nhau ( Vht = Vi ) thì maïch so saùnh seõ ñoùng coång vaø keát thuùc quaù trình

bieán ñoåi. Khi ñoù noäi dung ghi trong boä ñeám chính laø giaù trò soá töông ñöông vôùi Vi .

Khoaûng thôøi gian töø luùc maïch ñöôïc kích khôûi cho tôùi luùc nhaän ñöôïc tín hieäu ra

ñöôïc goïi laø thôøi gian bieán ñoåi Tc ( Tc : Time of conversion ) . Tc phuï thuoäc vaøo tín hieäu

vaøo Vi .

Tc max = ( 2n - 1 ) × T clock.

n : soá bit cuûa boä ñeám.

T clock : chu kyø cuûa daõy xung nhòp.

Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø ñôn giaûn, coøn nhöôïc ñieåm laø thôøi gian chuyeån

ñoåi chaäm vaø Tc coøn phuï thuoäc vaøo Vi . Sai soá tónh khaù lôùn ïvaø phuï thuoäc raát nhieàu vaøo

boä bieán ñoåi DA vaø maïch so saùnh.

8.1.2.2. Bieán ñoåi AD baèng phöông phaùp thaêng baèng lieân tuïc :

Sô ñoà khoái gioáng phöông phaùp tröôùc, nhöng boä ñeám laø boä ñeám thuaän nghòch.

Vht

Vi

Tc t

Hình 8.9 : Daïng soùng ADC thaêng baèng lieân tuïc.

Veà baûn chaát phöông phaùp naøy gaàn gioáng vôùi phöông phaùp ñieän theá baäc thang.

Maët khaùc, trong maïch coù söû duïng boä ñeám thuaän nghòch. Vì vaäy phöông phaùp ñieàu khieån





240

boä ñeám cuõng khaùc phöông phaùp tröôùc , nghóa laø neáu Vi > Vht thì boä ñeám seõ ñeám leân,

coøn neáu Vi < Vht thì boä ñeám seõ ñeám xuoáng ( Hình 8.5 ).

Sau khi ñöôïc kích khôûi thì boä ñeám seõ ñeám leân. Khi tín hieäu hoài tieáp Vht xaáp xæ

baèng hoaëc lôùn hôn moät chuùt so vôùi Vi thì boä ñeám seõ ñeám xuoáng. Sau ñoù neáu Vht < Vi

thì boä ñeám laïi ñeám leân.

Thôøi gian bieán ñoåi ñöôïc coi laø keát thuùc khi tín hieäu hoài tieáp dao ñoäng xung quanh

giaù trò Vi .

Öu ñieåm : ñôn giaûn.

Nhöôïc ñieåm : -- Toác ñoä xöû lyù khoâng cao.

-- Thôøi gian bieán ñoåi Tc laø ñaïi löôïng thay ñoåi, phuï thuoäc Vi .

-- Sai soá tónh do sai soá cuûa boä bieán ñoåi DA vaø boä so saùnh quyeát

ñònh chuû yeáu. Sai soá ñoäng phuï thuoäc vaøo thôøi gian bieán ñoåi.

8.1.2.3. Bieán ñoåi AD baèng phöông phaùp haøm doác tuyeán tính :(Phöông phaùp tích phaân moät

ñoä doác ) ( Hình 8.10 )

Veà baûn chaát phöông phaùp naøy thöïc hieän bieán ñoåi trung gian töø ñieän aùp ra khoaûng

thôøi gian, sau ñoù ño khoaûng thôøi gian theo phöông phaùp soá. Quaù trình bieán ñoåi xaûy ra

nhö sau:

Sau khi ñöôïc kích khôûi, boä ñeám seõ baét ñaàu ñeám leân vaø maïch queùt seõ taïo tín hieäu

tuyeán tính theo thôøi gian. Tín hieäu queùt Vs vaø tín hieäu vaøo Vi ñöôïc so saùnh vôùi nhau.

Khi hai tín hieäu naøy baèng nhau thì maïch so saùnh seõ ñoùng coång khoâng cho xung tôùi boä

ñeám nöõa. Nhö vaäy noäi dung cuûa boä ñeám seõ tæ leä vôùi thôøi gian bieán ñoåi Tc , maø Tc laïi tæ leä

thuaän vôùi giaù trò Vi neân noäi dung boä ñeám tæ leä vôùi Vi .

Ñoä chính xaùc cuûa phöông phaùp naøy phuï thuoäc vaøo ñoä tuyeán tính cuûa tín hieäu

queùt ( sai soá ñoä doác caøng nhoû, ñoä chính xaùc caøng cao ), vaø phuï thuoäc ñoä oån ñònh cuõa taàn

soá nguoàn xung.

Phöông phaùp naøy coù toác ñoä hoaït ñoäng cao hôn caùc phöông phaùp ban ñaàu vaø ñoä

chính xaùc cuõng cao hôn do khoâng caàn söû duïng boä bieán ñoåi DA.





241

Vi So saùnh V1 Coång Nguoàn Vi

Vs xung Vs t

V2

Maïch queùt Boä ñeám V1 Tc t

Kích khôûi V2 t

Ngoõ ra soá

(a) (b)

Hình 8.10 : Bieán ñoåi AD haøm doác tuyeán tính.

(a) Sô ñoà khoái

(b) Daïng soùng

8.1.2.4. Bieán ñoåiAD baèng phöông phaùp xaáp xæ lieân tieáp :

Phöông phaùp naøy ñöôïc duøng trong kyõ thuaät bieán ñoåi AD toác ñoä cao trung bình.

Noù cuõng duøng moät boä DAC beân trong ñeå taïo ra moät ñieän aùp baèng möùc vaøo cuûa tín hieäu,

sau ñuùng baèng n chu kyø xung clock cho tröoøng hôïp ADC n bit.





242

Tc = n×Tclock Ngoõ ra DAC

Vi

Vi

So saùnh

Vref MSB LSB Ngoõ ra SAR

1 1 0

Nguoàn SAR & DA (b) t

xung ÑK 111

111 110

(a) Ngoõ ra soá 110 101

101 100

100 011

011 010

101 001

001 000

(c)

Hình 8.11 Bieán ñoåi AD xaáp xæ lieân tieáp

(a) Sô ñoà khoái (b) Daïng soùng (c) Löu ñoà logic

Phöông phaùp naøy cho pheùp ruùt ngaén Tc raát nhieàu vaø Tc khoâng phuï thuoäc vaøo tín

hieäu vaøo Vi. Kyõ thuaät naøy döïa vaøo söï xaáp xæ tín hieäu vaøo vôùi maõ nhò phaân , sau ñoù thay

ñoåi caùc bit trong maõ naøy moät caùch lieân tieáp cho ñeán khi ñaït ñöôïc maõ gaàn ñuùng nhaát. Taïi

moãi böôùc cuûa quaù trình naøy, giaù trò xaáp xæ cuûa maõ nhò phaân thu ñöôïc seõ ñöôïc löu vaøo

thanh ghi xaáp xæ lieân tieáp ( SAR : Successive Approximate Register ) . Vieäc

bieán ñoåi luoân luoân ñöôïc baét ñaàu taïi bit coùtroïng

soá cao nhaát MSB cuûa SAR, khi ñoù MSB ñöôïc baät leân 1. Boä so saùnh seõ so saùnh ñaàu ra

cuûa ADC vôùi Vi vaø ra leänh cho boä ñieàu khieån ngaét MSB neáu nhö giaù trò ban ñaàu naøy

vöôït quaù tín hieäu vaøo Vi. Trong chu kì xung clock keá tieáp, MSB keá tieáp laïi ñöôïc phaùt trôû

laïi (baät leân 1). Moät laàn nöõa boäso saùnh seõ quyeát ñònh laáy hay huûy boû MSB keá tieáp naøy.

Söï bieán ñoåi naøy seõ tieán daàn ñeán giaù trò ñuùng nhaát so vôùi tín hieäu vaøo vaø xuaát döõ lieäu naøy

ra . Hình 8.11 minh hoïa sô ñoà cô baûn vaø hoaït ñoäng cuûa ADC xaáp xæ lieân tieáp 3 bit.





243

8.1.2.5 Bieán ñoåi AD baèng phöông phaùp tích phaân hai ñoä doác :

Vref V

--1

-1 Naïp Xaû theo tæ leä coá ñònh

- +

Vin Reset

Nguoàn Logic

xung ÑK 0 t

T1 T2

Ngoõ ra soá ⇐ Boä ñeám (b)

(a)

Hình 8.12 Bieán ñoåi AD tích phaân hai ñoä doác

a) : Sô ñoà khoái

b) : Daïng soùng

Kyõ thuaät bieán ñoåi AD naøy ñöôïc minh hoïa roõ treân sô ñoà khoái (Hình 8.12a) . Ta

thaáy ñieän aùp vaøo ñöôïc tích phaân trong khoaûng thôøi gian T1, ñuùng baèng luùc boä ñeám heát.

Taïi cuoái T1, boä ñeám ñöôïc reset vaø boä tích phaân chuyeån qua möùc tham chieáu aâm. Ñaàu ra

boä tích phaân giaûm tuyeán tính veà zero, taïi ñoù boä ñeám ngöng ñeám vaø ñöôïc reset. Ñieän tích

naïp tuï trong khoaûng thôøi gian T1 baèng ñieän tích xaû tuï trong khoaûng thôøi gian T2 :

T1×Vi = T2 × Vref ⇒ Vi /Vref = T2 /T1 = X

Tæ soá X cuõng chính laø maõ nhò phaân cuûa soá ñeám lôùn nhaát , ñoù laø giaù trò ñeám ñöôïc

ôû cuoái T2 , cuõng laø giaù trò xuaát ra. Kyõ thuaät naøy coù moät soá öu ñieåm, nhaát laø chaát löôïng

khöû oàn . Tín hieäu vaøo ñöôïc tích phaân qua moät chu kì , do ñoù baát kì möùc oàn (nhieãu) naøo

coù taàn soá laø boäi soá cuûa 1/T1 ñeàu bò loaïi. Chuù yù raèng taàn soá xung clock khoâng aûnh höôûng

gì ñeán ñoä phaân giaûi. Ñoä phaân giaûi cuûa kyõ thuaät naøy chæ bò giôùi haïn bôûi chaát löôïng maïch





244

analog maø khoâng sôï phaùt sinh maõ loãi ôû ñaàu ra . Vì vaäy maø ñoä phaân giaûi toát raát deã ñaït

ñöôïc vaø coù theå thay ñoåi baèng caùch chænh kích thöôùc voøng ñeám vaø taàn soá xung clock.

Taàn soá thaáp laø nhöôïc ñieåm duy nhaát cuûa phöông phaùp. Phöông phaùp naøy thöôøng

ñöôïc duøng trong caùc ñoàng hoà hieän soá, maùy ño ña naêng chæ thò soá, caûm bieán nhieät ñoä vaø

caùc öùng duïng coù yeâu caàu khoâng cao veà taàn soá laáy maãu.

8.1.2.6 Bieán ñoåi AD baèng caùch ñoåi dieän aùp sang taàn so á : (V-F :Voltage to Frequency )

Vi

Ngoõ ra soá

Hình 8.13 Sô ñoà khoái ADC daïng V-F

Hình 8.9 minh hoïa kyõ thuaät AD daïng ñieän aùp - taàn soá. Aùp vaøo analog ñöôïc moät

boä VF chính xaùc bieán ñoåi thaønh moät daõy xung coù taàn soá tæ leä vôùi aùp vaøo. Moät boä ñeám seõ

ñeám soá xung naøy trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh roài xuaát soá ñeám cho boä AD : ñaây

laø ngoõ ra soá cuûa boä ADC . Gioáng kyõ thuaät tích phaân hai ñoä doác, kyõ thuaät naøy coù taàn soá

thaáp nhöng khöû nhieãu toát. Neáu thôøi gian Tc thaáp ôû möùc coù theå chaáp nhaän ñöôïc thì phöông

phaùp ñieän aùp - taàn soá laø kyõ thuaät cho pheùp ñaït ñöôïc ñoä phaân giaûi cao vôùi tín hieäu thay

ñoåi chaäm, vaø giaù thaønh haï.

Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø khaû naêng ñieàu khieån töø xa trong moâi tröôøng oàn

( nhieãu ). Coù theå laøm moät boä ñieän aùp - taàn soá ( VF : Voltage - frequency ) nhö moät haøm

truyeàn döõ lieäu töø xa döôùi daïng soá ñeán traïm kieåm soaùt. Taïi ñaây coù boä xöû lyù ( tieáp nhaän +

boä ñeäm + xuaát döõ lieäu ). Ñieàu naøy traùnh ñöôïc vieäc truyeàn tín hieäu analog qua moâi

tröôøng nhieãu coù khaû naêng laøm xaáu tín hieäu. Vieäc truyeàn baèng boä VF cuõng coù khaû naêng

trieät nhieãu caùch chung, taïo söï caùch ly giöõa boä bieán ñoåi ñoái vôùi thieát bò caûm bieán, ñaây laø

moät yeâu caàu quan troïng trong caùc traïm kieåm soaùt vaø ñieàu khieån caùc heä thoáng ñieän cao

aùp. Thöïc teá, kyõ thuaät naøy phuï thuoäc vaøo caùc vi maïch VFC thoâng duïng, reû tieàn, coù chaát

löôïng toát ( tuyeán tính vaø oån ñònh ).

8.1.2.7. Bieán ñoåi AD theo phöông phaùp song song : ( ADC nhanh hay ADC song song )

Boä ñoåi ñieän aùp sang taàn soá

Boä phaùt

Boä thu

Boä ñeám

Ñònh thôøi





245

Vref Vi

3R/2 VN 2n-1 SS2n-- 1 R VN2n-2 SS2n-2 Maõ hoùa Ngoõ ra soá R VN1 SS1

R/2 Hình 8.14. : Sô ñoà khoái cuûa boä ADC song song. ADC song song ñöôïc duøng cho caùc öùng duïng caàn ADC toác ñoä cao, nhö kyõ thuaät

video, kyõ thuaät radar, dao ñoäng kyù soá. Trong kyõ thuaät AD naøy, tín hieäu vaøo ñöôïc so saùnh

ngay laäp töùc vôùi taát caû caùc möùc ngöôõng baèng caùch duøng nhieàu boä so saùnh thieân leäch

nhau 1LSB. Söï phaân cöïc naøy ñaït ñöôïc nhôø tín hieäu tham chieáu Vref vaø maïng ñieän trôû

chính xaùc. Boä so saùnh naøo coù möùc ngöôõng cao hôn Vi thì bò ngaét ( taét ), trong khi caùc boä

so saùnh coù möùc ngöôõng thaáp thì vaãn ñöôïc môû ( baät ) . Vì taát caû caùc boä so saùnh chuyeån

traïng thaùi ñoàng thôøi neân quaù trình löôïng töû hoùa, do vaäy, ñöôïc thöïc hieän hoaøn taát trong

cuøng moät luùc ( böôùc ). Boä maõ hoùa nhanh laäp töùc ñoåi caùc tín hieäu ñaàu ra boä so saùnh thaønh

ngoõ ra soá.

ADC song song coù taàn soá laáy maãu phuï thuoäc vaøo toác ñoä ( thôøi gian treã ) cuûa caùc boä

so saùnh. Thoâng thöôøng vi maïch so saùnh coù thôøi gian treå khoaûng 10 ÷ 20 ns , vì vaäy treân

lyù thuyeát , taàn soà laáy maãu cuûa boä ADC song song coù theå ñaït tôùi 100 Mhz . Tuy nhieân,

moät vi maïch ADC song song coù ñoä phaân giaûi 8 bit caàn tôùi 28 - 1 = 255 boä so saùnh, vì vaäy

kích thöôùc vi maïch seõ raát lôùn, chi phí thieát bò lôùn vaø giaù thaønh cao.

8.1.3. Giao tieáp ADC vôùi vi xöû lí

8.1.3.1. Ñònh nghóa caùc taùc vuï giao tieáp

a) . Phöông phaùp thu nhaän döõ lieäu môùi nhaát : ( Most recent data scheme )





246

Trong phöông phaùp naøy, ADC laøm vieäc lieân tuïc. ÔÛ cuoái moãi laàn bieán ñoåi ADC

caäp nhaät döõ lieäu ôû boä ñeäm ngoõ ra ( theo quy taéc döõ lieäu vaøo tröôùc ra tröôùc ) vaø töï ñoäng

baét ñaàu moät chuyeån ñoåi môùi. Boä vi xöû lyù chæ ñoïc döõ lieäu ôû boä ñeäm naøy vaøo baát cöù luùc

naøo noù caàn döõ lieäu môùi nhaát . Phöông phaùp naøy phuø hôïp vôùi nhöõng öùng duïng caàn döõ lieäu

ñöôïc caäp nhaät khoâng thöôøng xuyeân.

b) . Phöông phaùp baét ñaàu vaø chôø : ( Start and wait scheme )

Boä vi xöû lyù khôûi ñoäng quaù trình chuyeån ñoåi moãi laàn khi caàn döõ lieäu môùi vaø vi xöû

lyù lieân tuïc kieåm tra ñöôøng EOC ñeå xem xeùt quaù trình bieán ñoåi ñaõ hoaøn thaønh hay chöa.

Khi nhaän thaáy quaù trình bieán ñoåi hoaøn thaønh, noù seõ ñoïc döõ lieäu. Moät daïng khaùc cuûa

phöông phaùp naøy laø chæ ñôïi moät khoaûng thôøi gian lôùn hôn thôøi gian bieán ñoåi cuûa ADC,

sau ñoù chaéc chaén chuyeån ñoåi ñaõ hoaøn thaønh vaø ñoïc döõ lieäu soá ôû ngoõ ra. Phöông phaùp

naøy deã thöïc hieän nhöng laïi coät chaët vi xöû lyù trong suoát thôøi gian chuyeån ñoåi.

c) . Söû duïng ngaét cuûa vi xöû lyù :

Phöông phaùp naøy söû duïng khaû naêng ngaét cuûa vi xöû lyù. Boä vi xöû lyù hay nguoàn

xung vaãn cöù khôûi ñoäng quaù trình chuyeån ñoåi, nhöng sau ñoù vi xöû lyù coù theå laøm caùc coâng

vieäc khaùc. Khi chuyeån ñoåi hoaøn thaønh, ADC gaây ra moät ngaét cöùng. Vi xöû lyù ñaùp öùng

baèng caùch taïm rôøi boû coâng vieäc hieän haønh cuûa mình vaø löu tröõ caùc thoâng tin quan troïng

ñöôïc yeâu caàu khi noù quay trôû laïi coâng vieäc sau ñoù. Vi xöû lyù seõ nhaûy ñeán ñòa chæ cuï theå

vaø thöïc thi moät taäp leänh ( goïi laø chöông trình phuïc vuï ngaét ) ñeå laáy döõ lieäu töø ADC. Sau

khi thöïc thi xong chöông trình phuïc vuï ngaét, vi xöû lyù laïi quay veà nhieäm vuï ban ñaàu cuûa

mình.

Coâng vieäc caøi ñaët chöông trình phuïc vuï thöôøng ñöôïc thöïc hieän bôûi moät chöông

trình con khaùc ( chöông trình queùt ). Chöông trình ngaét naøy seõ kieåm tra töøng nguoàn ngaét

moät ( queùt voøng ) ñeå xem coù ñöôøng ngaét naøo caàn phuïc vuï. Moät caùch tieáp caän hieäu quaû

hôn , laø duøng baûng vectô ngaét. Baûng vectô ngaét laø moät vuøng nhôù ñònh tröôùc coù chöùa caùc

vectô ngaét . Moãi vectô ngaét seõ löu tröõ ñòa chæ cuûa töøng chöông trình phuïc vuï. Ñeå ñaùp öùng

vôùi moät yeâu caàu ngaét, vi xöû lyù seõ nhaûy tôùi moät oâ nhôù ñònh tröôùc, ôû ñoù ngöôøi söû duïng ñaõ

löu tröõ tröôùc ñòa chæ cuûa chöông trình phuïc vuï ngaét töông öùng.





247

Khaû naêng maïnh thöïc söï cuûa kyõ thuaät naøy ñöôïc thaáy trong caùc heä thoáng coù nhieàu

nguoàn ngaét , nhö caùc maùy IPM PC. Nhöõng heä thoáng naøy thöôøng duøng moät thieát bò ñaët

tröôùc goïi laø boä ñieàu khieån ngaét. Boä ñieàu khieån ngaét, ví duï 8259A, toå chöùc caùc tín hieäu

ngaét khaùc nhau theo möùc ñoä öu tieân, gôûi tín hieäu yeâu caàu ngaét ñeán vi xöû lyù vaø chæ noù ñeán

chöông trình phuïc vuï ngaét thoâng qua baûng vectô ngaét.

Phöông phaùp naøy ñöôïc duøng khi yeâu caàu ñoïc döõ lieäu laø khoâng thöôøng xuyeân.

Phöông phaùp naøy tuy khoù thöïc hieän nhöng ñaây laø phöông phaùp khaù toát vì noù giaûi phoùng

ñöôïc CPU - trong khoaûng thôøi gian töï do , CPU hoaøn toaøn coù theå thöïc hieän nhöõng coâng

vieäc höõu ích khaùc. Tuy vaäy phöông phaùp naøy vaãn coù nhöõng giôùi haïn cuûa noù, ñoù laø khi

yeâu caàu laáy maãu ôû taàn soá töông ñoái cao ( khoaûng treân 10 KHz ) . Khi ñoù taàn soá kích ngaét

seõ lôùn ( baèng vôùi taàn soá laáy maãu ) vaø khoâng phaûi CPU naøo cuõng coù theå ñaùp öùng ñöôïc

moät taàn soá ngaét lôùn nhö vaäy. Ñeå giaûi quyeát tröôøng hôïp naøy, chuùng ta ñeà xuaát phöông

phaùp thöù tö vaø cuõng laø phöông phaùp toái öu.

d) . Keát hôïp ngaét vi xöû lyù vaø boä ñeäm döõ lieäu :

Phöông phaùp naøy söû duïng 2 vi maïch nhôù RAM khoaûng vaøi Kbytes ñeán 1

Mbytes hoaït ñoäng luaân phieân ( Swap ) . Giaû söû ban ñaàu boä ADC laøm vieäc vôùi boä nhôù

thöù nhaát ( A ) . Moïi döõ lieäu laáy maãu hoaøn taát seõ ñöôïc boä ADC caát vaøo moät boä nhôù A .

Khi boä nhôù naøy ñaày, boä ADC seõ chuyeån qua nhaäp döõ lieäu cuûa noù vaøo boä nhôù thöù hai ( B

), ñoàng thôøi noù seõ kích hoaït moät ñöôøng IRQ ( Interrupt Request : yeâu caàu ngaét ) cuûa vi

xöû lyù ñeå göûi yeâu caàu ngaét ñeán CPU . Chöông trình phuïc vuï ngaét - ñaõ ñöôïc caøi ñaët tröôùc -

bieát raèng boä nhôù A ñaõ ñaày vaø thöïc hieän ñoïc döõ lieäu töø boä nhôù A vaøo boä nhôù trong cuûa

maùy tính. Khi boä nhôù B ñaày, ADC seõ chuyeån qua nhaäp döõ lieäu vaøo boä ñeäm A vaø chöông

trình xöû lyù seõ ñoïc döõ lieäu töø boä ñeäm B . Quaù trình naøy luaân phieân xaûy ra nhö vaäy.

Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm :

• Maïch laáy maãu nhaäp döõ lieäu vaøo moät trong hai boä ñeäm cuûa noù thoâng qua

ñöôøng döõ lieäu noäi, vì vaäy seõ traùnh ñöôïc nhöõng tranh chaáp ñöôøng döõ lieäu vôùi CPU.

• Taàn soá kích ngaét seõ giaûm ñaùng keå, coù theå tính toaùn nhö sau :

+ Giaû söû taàn soá laáy maãu laø fs , vi maïch nhôù A vaø B coù dung löôïng laø

C . Khi ñoù taàn soá kích ngaét fi seõ baèng tæ soá cuûa fs chia cho C :





248

Cff s

i =

Ví duï, taàn soá laáy maãu laø 1 Mhz , dung löôïng boä nhôù laø 2 Kbytes thì taàn soá kích

ngaét seõ baèng 1000000/2000 = 500 Hz . Vôùi taàn soá naøy, maïch laáy maãu hoaøn toaøn coù theå

töông thích vôùi nhieàu loaïi vi xöû lyù coù toác ñoä khaùc nhau.

• Noùi chung moãi laàn CPU ñoïc döõ lieäu töø boä nhôù cuûa maïch ADC, noù seõ ñoïc

moät löôïng döõ lieäu baèng vôùi dung löôïng boä nhôù ñoù ( khoaûng vaøi Kbytes ) . Tröôøng hôïp

naøy seõ raát toát neáu nhö chöông trình ñoïc döõ lieäu söû duïng kyõ thuaät DMA ( Direct Memory

Access : truy xuaát tröïc tieáp boä nhôù ) , thôøi gian truyeàn döõ lieäu RAM-RAM seõ trôû neân

khoâng ñaùng keå.

Phaïm vi öùng duïng :

Neáu khoâng coù yeâu caàu löu tröõ döõ lieäu, phöông phaùp naøy coù theå ñaùp öùng ñöôïc taùc

vuï laáy maãu tín hieäu leân tôùi vaøi chuïc MHz. Trong tröôøng hôïp yeâu caàu löu tröõ döõ lieäu , taàn

soá laáy maãu coù theå ñaùp öùng ñöôïc seõ bò phuï thuoäc vaøo toác ñoä cuûa thieát bò löu tröõ. Neáu

duøng boä nhôù trong ñeå caát döõ lieäu thì taàn soá laáy maãu khoâng giaûm , nhöng vôùi kyõ thuaät

hieän nay, vieäc phaùt trieån boä nhôù trôû neân quaù lôùn seõ raát khoù thöïc hieän, vì vaäy thoâng

thöôøng ngöôøi ta seõ söû duïng ñóa cöùng cuûa maùy tính ñeå caát döõ lieäu. Kyõ thuaät hieän nay ñaõ

cho pheùp saûn xuaát ñaïi traø nhöõng ñóa cöùng coù toác ñoä ñoïc , ghi leân tôùi 1,2 Mbytes /

second. Neáu chöông trình söû duïng kyõ thuaät swap ñóa ñeå löu tröõ döõ lieäu thì toác ñoä laáy

maãu seõ khoâng theå vöôït quaù toác ñoä ñoïc ghi ñóa. Nhöõng tính toaùn chuû quan cho thaáy trong

tröôøng hôïp naøy, vôùi moät ñóa cöùng ñöôïc cheá taïo toát vaø moät boä vi xöû lí hoï 386 trôû leân, taàn

soá laáy maãu coù khaû naêng ñaït tôùi 1Mhz.

8.1.3.2.Giao tieáp phaàn meàm :

Döõ lieäu truyeàn giöõa ADC vaø µP coù theå toå chöùc trong phaàn meàm theo ba caùch :

a.Truyeàn theo baûn ñoà boä nhôù :

Trong baûn ñoà boä nhôù ADC ñöôïc gaùn cho moät ñòa chæ oâ nhôù thaät söï chöa söû duïng.

Vieäc truyeàn döõ lieäu giöûa ADC vaø µ P ñöôïc thöïc hieän baèng caùch xem ADC nhö moät oâ

nhôù. Beân caïnh





249

vieäc söû duïng toái ña boä nhôù, baûn ñoà boä nhôù coù theå taêng ñoä phöùc taïp trong vieäc quaûn lyù (

caû boä nhôù vaø IO ) vaø thöôøng ñoøi hoûi nhieàu phaàn cöùng hôn ñeå giaûi maõ ñòa chæ, bôûi vì phaàn

cöùng toái thieåu giaûi maõ ñòa chæ seõ gaây ra laõng phí khoâng gian boä nhôù.

b). Truyeàn theo baûn ñoà vaøo / ra : ( Input / Output Mapped Transfers )

Moät vaøi heä thoáng taïo ra vuøng I / O coù ñòa chæ ñaët rieâng bieät. Maëc duø vuøng ñoù,

ñòa chæ IO coù theå gioáng ñòa chæ boä nhôù, nhöng coù theå phaân bieät chuùng vôùi boä nhôù baèng

caùch duøng tín hieäu ñieàu khieån ñaëc bieät IOR vaø IOW treân heä thoáng bus cuûa IBM - PC. Söï

phaân bieät giöõa I / O vaø vuøng boä nhôù laøm cho thieát keá heä thoáng trôû neân toát hôn. Noù cho

pheùp maïch giaûi maõ ñòa chæ ñôn giaûn vaø söû duïng phaàn cöùng laø toái thieåu bôûi vì giaûi maõ töø

vuøng IO ñôn giaûn vaø toát hôn vuøng boä nhôù coù giaù trò chöa söû duïng.

c). Truy xuaát boä nhôù tröïc tieáp : ( DMA : Direct Memory Access )

Khi chæ coù truyeàn döõ lieäu ñôn giaûn giöõa boä nhôù vaø ngoaïi vi ñöôïc yeâu caàu, vieäc

duøng tích luõy trong quaù trình truyeàn laøm chaäm quaù trình moät caùch khoâng caàn thieát.

Baèng vieäc keát hôïp söû duïng phaàn cöùng ôû daïng thieát bò phuïc vuï goïi laø ″ boä ñieàu

khieån DMA ″ , vieäc truyeàn tröïc tieáp coù taùc ñoäng nhanh hôn nhieàu. Haàu heát caùc boä vi xöû

lyù cho pheùp DMA thöïc hieän ñaày ñuû baèng caùch caáp ñieàu khieån cuûa bus heä thoáng cho

khoaûng ñònh tröôùc. Boä ñieàu khieån DMA laáy leänh cuûa bus trong suoát khoaûng naøy vaø mang

döõ lieäu truyeàn ra baèng caùch phaùt ñòa chæ yeâu caàu vaø tín hieäu ñieàu khieån. Taïi cuoái

khoaûng, vi xöû lyù laáy laïi quyeàn ñieàu khieån bus. Truyeàn döõ lieäu hoaøn toaøn coù theå laáy

nhieàu chu kyø DMA ñeå thi haønh.

8.1.3.3. Giao tieáp phaàn cöùng :

Thieát keá phaàn cöùng theo moâ hình döõ lieäu song song hay noái tieáp .

a). Truyeàn döõ lieäu song song :

Phaàn cöùng cho giao tieáp döõ lieäu song song haàu heát bao goàm boä ñeäm ngoõ ra ba

traïng thaùi maø ADC noái vôùi bus döõ lieäu cuûa vi xöû lyù. Ñòa chæ giaûi maõ vaø tín hieäu ñieàu

khieån ñoïc cuûa vi xöû lyù cho pheùp boä ñeäm döõ lieäu cuûa ADC vaøo µ P . Giaûi maõ ñòa chæ

töông öùng vaø tín hieäu ñieàu khieån ghi cuûa µ P taïo thaønh leänh baét ñaàu cho boä bieán ñoåi. Noù

khoâng caàn duøng ñieàu khieån R / W rieâng bieät, duø sao laøm vieäc naøy cho pheùp ñòa chæ gioáng

nhau caû cho leänh xuaát xung khôûi ñoäng tôùi ADC vaø leänh ñoïc döõ lieäu ngoõ ra cuûa ADC.





250

Caùc ADC môùi hôn coù boä ñeäm ba traïng thaùi beân trong cuøng vôùi maïch ñieàu khieån

chuùng. Nhöõng ADC naøy coù theå noái tröïc tieáp vôùi bus döõ lieäu cuûa vi xöû lyù. Khi giao tieáp

vôùi nhieàu thieát bò, thì ta phaûi cung caáp ñòa chæ giaûi maõ vaø ñoâi khi moät vaøi coång quaûn lyù

tín hieäu ñieàu khieån. Giao tieáp vôùi heä thoáng vi xöû lyù thì ñôn giaûn, bôûi vì vi xöû lyù cung caáp

ñòa chæ port tröïc tieáp vaø vieäc giaûi maõ ñòa chæ laø khoâng caàn thieát.

b). Moâ hình truyeàn döõ lieäu noái tieáp :

Truyeàn döõ lieäu noái tieáp ñöôïc duøng trong vieäc truyeàn döõ lieäu ñi xa. Truyeàn ñoàng boä noái tieáp duøng cho tuyeán phuïc vuï tuyeán ñieän thoaïi. Thieát bò phuïc vuï goïi laø UART ( truyeàn nhaän hoaøn toaøn ñoàng boä ). UART ( Universal Asynchronous Receives and Transmitter ) nhaän vaø truyeàn döõ lieäu daïng tuaàn töï nhöng giao tieáp vôùi µ P daïng song song. 8.1.4. Giôùi thieäu ADC 0809

ADC0809 laø thieát bò chuyeån ñoåi analog sang digital 8 bit, multiplex 8 keânh vaø töông thích vôùi boä vi xöû lí. ADC0809 söû duïng kyõ thuaät chuyeån ñoåi A/D xaáp xæ lieân tieáp. Sô ñoà khoái :

Hình 8.15

Sô ñoà chaân :





251

U2

ADC0809

26272812345

1216

10

97

171415818192021

252423

622

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

REF+REF-

CLK

OEEOC

D0D1D2D3D4D5D6D7

A0A1A2

STARTALE

Hình 8.16 *YÙ nghóa caùc chaân: IN0-IN7 : ngoõ vaøo töông töï A2, A1, A0: giaûi maõ choïn moät trong 8 ngoõ vaøo. D0-D7: ngoõ ra song song 8 bit. ALE: cho pheùp choát ñòa chæ. Start: xung baét ñaàu chuyeån ñoåi. Clock: xung ñoàng hoà. Vref+ : ñieän theá tham chieáu (+). Vref- : ñieän theá tham chieáu (-). VCC: nguoàn cung caáp. Khaû naêng : -Giao tieáp deã daøng vôùi taát caû caùc boä vi xöû lí. -Hoaït ñoäng vôùi thang ño tæ leä vôùi 5 VDC hoaëc ñieän aùp chuaån coù theå ñieàu chænh. -Khoâng caàn chænh khoâng hay toaøn thang. -Multiplex 8 keânh vôùi ñòa chæ logic. -Taàm ñieän aùp vaøo 0-5V vôùi nguoàn cung caáp ñôn 5V. -Ngoõ ra phuø hôïp vôùi möùc ñieän aùp TTL. -Ñoä phaân giaûi 8 bit. -Sai soá khoâng ñieàu chænh ñöôïc toång coäng : +/- 1 LSB. -Nguoàn cung caáp ñôn : 5VDC. -Coâng suaát thaáp : 15 mW. -Thôøi gian chuyeån ñoåi : 100 ns. Moâ taû chöùc naêng : Maïch choïn keânh :

Moãi keânh ngoõ vaøo rieâng bieät ñöôïc choïn baèng caùch giaûi maõ ñòa chæ theo baûng sau :

Ñòa chæ Keânh analog ñöôïc choïn A2 A1 A0

IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN2 0 1 0 IN3 0 1 1 IN4 1 0 0





252

IN5 1 0 1 IN6 1 1 0 IN7 1 1 1

Ñaëc tính chuyeån ñoåi : Chaân ALE leân möùc 1(caïnh leân ) seõ choát ñòa chæ choïn keânh ngoõ vaøo. Thanh ghi xaáp xæ lieân tieáp (SAR-Successive Approximation Register) cuûa boä bieán

ñoåi A/D ñöôïc reset taïi caïnh leân cuûa xung start(baét ñaàu chuyeån ñoåi). Söï chuyeån ñoåi ñöôïc baét ñaàu taïi caïnh xuoáng cuûa xung start. Quaù trình chuyeån ñoåi seõ bò ngaét neáu nhaän moät xung Start môùi. Söï chuyeån ñoåi lieân tieáp coù theå thöïc hieän ñöôïc baèng caùch noái ngoõ ra EOC(end of conversion- keát thuùc chuyeån ñoåi) vaøo ngoõ vaøo start. Neáu söû duïng cheá ñoä naøy, moät xung start beân ngoaøi phaûi ñöôïc cung caáp sau khi baät nguoàn. Xung EOC seõ xuoáng möùc thaáp sau caïnh leân cuûa xung Start töø 0 ñeán 8 xung clock vaø leân möùc cao khi chuyeån ñoåi ñaõ xong. Ñeå cho pheùp ñoïc döõ lieäu thì chaân OE =logic 1. ADC0804:

U5

ADC0804

67

9

1112131415161718

194

5

123

+IN-IN

VREF/2

DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0

CLKRCLKIN

INTR

CSRDWR

Hình 8.18 8.2..BIEÁN ÑOÅI SOÁ – TÖÔNG TÖÏ: (DAC)

8.2.1.SÔ ñoà khoái DAC:

Vref

Digital Vo/Io

Input N

Hình 8.19: Quan heä vaøo ra cuûa DAC

-Quan heä vaøo ra : Bieán ñoåi DA coù tính chaát tæ leä. Tín hieäu vaøo soá N ñöôïc bieán ñoåi thaønh

doøng ñieän hay ñieän aùp coù giaù trò Q(phuï thuoäc vaøo tín hieäu tham chieáu Vref) baèng caùch

so saùnh giaù trò ôû ñaàu vaøo vôùi giaù trò nay thang cuûa ñaàu vaøo. Baát kì moät sai soá tín hieäu

DAC





253

Vref naøo cuõng daãn tôùi sai soá möùc ra, vì vaäy ngöôøi ta coá gaéng cho Vref caøng oån ñònh

caøng toát.

Thoâng thöôøng ôû caùc boä bieán ñoåi DAC thong maïi, ngoõ ra seõ xuaát hieän doøng ñieän,

vì vaäy ta phaûi maéc theâm moät boä bieán ñoåi doøng thaønh aùp coù theå nhaän ñöôïc.

-Ñaàu vaøo boä DAC : Ña soá caùc DAC coù ngoõ vaøo 8 bit, 10 bit, 12 bit vaø 16 bit.. Ñaàu vaøo

caùc boä DAC laø maõ nhò phaân töï nhieân hoaëc voù daáu. Neáu maõ ñaàu vaøo coù daáu thì tín hieäu

tham chieáu phaûi laø tín hieäu löôõng cöïc.

Boä DAC seõ lieân tuïc bieán ñoåi soá ôû ngoõ vaøo thaønh giaù trò töông töï ôû ngoõ ra, thôøi

gian cho moät laàn bieán ñoåi nhö vaäy tuøy theo boä DAC. Vì vaäy ñeå ñaûm baûo chính xaùc ,

ngöôøi ta maéc theâm ôû ngoõ vaøo boä DAC moät maïch choát döõ lieäu ñeå traùnh hieän töôïng boä

DAC xuaát ra tín hieäu khoâng xaùc ñònh trong khoaûng thôøi gian töï do giöõa hai laàn caäp nhaät

döõ lieäu ôû ngoõ vaøo.

-Ñaàu ra boä DAC : tuøy theo coâng ngheä cheá taïo maø ñaàu ra boä DAC coù theå laø doøng hoaëc

aùp.

-Tín hieäu ñieàu khieån.

Phöông phaùp chuyeån ñoåi D/A : Bộ chuyển đổi DAC với thang điện trở , khóa S1, S2,...,Sn thể hiện 0 hay 1 được điều khiển bởi ngõ vào s . Điện áp ngõ ra là :

)2

...22

( 22

11

nn

refoSSSVV +++−=





254

Hình 8.20: Chuyển ñổi soá –töông töï vôùi thang ñieän trôû.

8.2.2.Giao tieáp vôùi DAC vôùi vi xöû lí vaø xuaát döõ lieäu tuaàn töï:

-Khi coù yeâu caàu xuaát moät chuoãi döõ lieäu ra coång, phaàn meàm xöû lí seõ tuaàn töï xuaát töøng

byte trong boä ñeäm ra coång. Ñeå taïo ñöôïc taàn soá xuaát theo mong muoán, ñaàu tieân chöông

trình phaûi tính ñöôïc toác ñoä cuûa CPU coù theå xuaát ra coång giao tieáp trong moät dòch vuï

thôøi gian (1 giaây). Töø thoâng tin ñoù , phaàn meàm coù theå tính ñöôïc thôøi gian treã giöõa hai

laàn xuaát döõ lieäu ñeå taïo ra taàn soá xuaát theo yeâu caàu.

Phöông phaùp naøy taïo ra taàn soá xuaát döõ lieäu raát cao (leân tôùi khoaûng 40 Khz hoaëc

vao hôn tuøy theo kieåu maùy tính), nhönh taàn soá raát khoù ñeå coù theå taïo ra moät caùch chính

xaùc. Maët khaùc CPU cuõng seõ bò baän trong suoát quaù trình xuaát döõ lieäu.

-Caøi moät ngaét ngoaïi vi: Phöông phaùp naøu söû duïng xung Start ñeå maïch laáy maãu ADC ñeå

kích hoaït moät chöông trình phuïc vuï ngaét, chöông trình phuïc vuï naøy seõ laøm nhieäm vuï

xuaát moät byte döõ lieäu ra coång. Xung Start ñöôïc lôïi duïng ñeå taïo ra moät taàn soá kích ngaét

baèng taàn soá laáy maãu.

-Söû duïng ngaét ñoàng hoà: Ta bieát raèng trong heä thoáng cuûa maùy tính coù ngaét soá 8 laø moät

ngaét coù kích hoaït ñònh kì theo thôøi gian, goïi laø ngaét ñoàng hoà. Chu kì kích ngaét coù theå

thay ñoåi ñöôïc baèng caùch laäp trình cho boä ñònh thì 8253. Lôïi duïng ngaét coù saün naøy, ta coù





255

caøi theâm moät chöông trình phuïc vuï ngaét cuûa maùy roài laäp trình cho boä 8253 ñeå taïo ra

moät taàn soá kích ngaét theo mong muoán.

8.2.3.Giôùi thieäu DAC 0808

Hoï DAC 0808(DAC 0808/DAC 0807/DAC 0806) laø boä bieán ñoåi digital sang

analog 8 bit, coù thôøi gian xöû lí doøng ra toaøn thang laø 150 ns, coâng suaát tieâu thuï chæ 33

mW vôùi nguoàn +/- 5V.

Hoï DAC 0808 giao tieáp tröïc tieáp vôùi caùc möùc logic thoâng duïng nhö TTL, DTL

hoaëc CMOS.

Sô ñoà khoái :

Hình 8.21

Sô ñoà chaân : 12 2

4

16

5

14 3

15 13

Hình 8.22

Khaû naêng :

-Ñoä chính xaùc töông ñoái : +/-0.19 %( 8 bit) vôùi DAC 0808.

A 8 (LSB) /IOUT A 7 A 6 IOUT A 5 A 4 COMP A 3 A 2 A 1(MSB) VR+ V- VR- V+





256

-Ñoä chính xaùc 6 bit vaø 7 bit vôùi DAC 0806 vaø DAC 0807.

-Thôøi gian xöû lí nhanh : 150 ns.

-Ngoõ vaøo digital khoâng ñaûo töông thích TTL vaø CMOS.

-Toác ñoä queùt cao : 8mA/us

-Taàm ñieän aùp cung caáp : +/- 4.5 V ñeán +/- 18V.

-Coâng suaát tieâu thuï thaáp : 33 mW vôùi nguoàn +/-5V.

Hoaït ñoäng cô baûn :

Hình 8.23 a: Vref döông





257

Hình 8.23b: Vref aâm

Doøng ñieän chuaån ñöôïc taïo ra baèng moät trong hai caùch: chuaån döông hoaëc chuaån

aâm. Doøng ñieän vaøo chuaån I14 phaûi luoân luoân chaïy vaøo chaân 14, baát chaáp caùch boá trí

hoaëc cöïc tính nguoàn aùp chuaån. Caùch keát noái vôùi aùp döông nhö treân hình 8.23a. Vôùi tín

hieäu chuaån löôõng cöïc , R15 coù theå ñöôïc noái vôùi nguoàn aâm. Trò soá cuûa tuï buø phaûi taêng

khi R14 taêng ñeå duy trì leà pha thích hôïp. Ví duï vôùi R14 laø 1,2,5 vaø 5K thì trò toái thieáu

cuûa tuï laø 15, 37, 75 pF. Tuï coù theå noái ñeán VEE hoaëc ñaát.

AÙp chuaån aâm coù theå ñöôïc söû duïng neáu R14 ñöôïc noái ñaát vaø chuaån ñöôïc noái ñeán

R15 nhö hình 8.23b. Phöông phaùp naøy coù thuaän lôïi chính laø toång trôû vaøo cao. (taïi chaân

15)

DAC 0808 laø boä bieán ñoåi D/A taïo ra doøng ñieän coù trò soá tuøy theo giaù trò soá vaø

doøng ñieän chuaån ngoõ vaøo. Doøng ñieän chuaån coù theå coù trò soá coá ñònh hoaëc thay ñoåi töø

gaàn 0 ñeán 4mA. Doøng ngoõ ra toaøn thang (IFS-full scale) laø moät haøm tuyeán tính cuûa

doøng chuaån vaø cho bôûi :

REFFS xII256255

= vôùi 14

14 RVII REF

REF ==

Doøng ñieän ra:





258

256REF

OUTII = x giaù trò digital ngoõ vaøo.

R15 (thoâng thöôøng baèng R14) ñöôïc söû duïng ñeå loaïi boû sai soá doøng phaân cöïc .

R15 coù theå boû ñi, khi ñoù chæ taêng sai soá moät chuùt.

Khi duøng ñieän aùp chuaån DC thì neân söû duïng tuï bypass xuoáng ñaát.

Giôùi thieát thieát bò ghi döõ lieäu (data logger) cuûa Omron:

Saûn phaåm thích hôïp cho caùc öùng duïng nghieân cöùu khoa hoïc, thou nghieäm saûn xuaát, coâng

ngheä vôùi tính naêng ñoäc ñaùo.

Caâu hoûi vaø baøi taäp:

Chöông 8: Bieán ñoåi töông töï-soá(ADC) vaø soá-töông töï(DAC)

1. Trình baøy giao ti ếp ADC với vi xử lí -Giao tiếp pần cứng. -Giao tiếp phần mềm. 2. Nguyeân tắc cấu tạo của một ADC vaø DAC. 3.K ể ra caùc phương phaùp biến ñổi A/D. 4. Trình baøy phương phaùp biến ñổi A/D bằng phương phaùp ñieän thế bậc thang. 5. Trình baøy phương phaùp biến ñổi A/D bằng phương phaùp xấp xỉ lieân tiếp. 6. Vẽ mạch ño nhiệt ñộ a)duøng LM35 b) cặp nhiệt ñiện c/Pt-100, gheùp ADC 0809, vaø 8255 với maùy vi tính PC-IBM. 7. Vẽ mạch gheùp nối maùy vi tính của một mạch DAC 0808 ñưa tín hiệu ra ñ iều khiển một ñộng cơ một chiều. 8. Giao tiếp ADC 0809 với 8051 : phần cứng vaø giải thuật ñ iều khiển. 9. Giao tiếp DAC 0808 với 8051 : phần cứng vaø giải thuật ñ iều khiển.

Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [3]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy tính , NXB KHKT, Haø noäi, 2001. [4].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [5].K.J.Astrom,B.J Wittenmark, Computer-Controlled Systems - Theory and Design, Prentice Hall, 3rd ed., 1997. [6].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [7].George C. Barney, Intelligent Instrumentation, Prentice Hall 1988. [8].Willis J. Tompkins, John G. Webster, Interfacing sensors to the PC, Prentice Hall 1990.





259

Chöông 8B: Boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc PLC

(ÑIEÀU KHIEÅN TUAÀN TÖÏ)

PLC(Programable Logic Controller) : boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc.

1. Lyù thuyeát chuyeån maïch cô baûn

Xem taøi lieäu kyõ thuaät soá 1 cuûa Nguyeãn Nhö Anh.

1.1. Kyù hieäu

Bieán nhò phaân ñöôïc theå hieän nhö laø bieán coù giaù trò 0 vaø 1. Ñoái vôùi coâng taéc chuyeån

maïch, coâng taéc role hay transistor (kyù hieäu X), phaùt bieåu X=0 nghóa laø phaàn töû môû

(khoâng coù doøng daãn ñieän) vaø X=1 nghóa laø ñoùng (daãn ñieän). Ñoái vôùi nut nhaán hay

chuyeån maïch giôùi haïn, X=0 nghóa laø khoâng taùc ñoäng, coøn X=1 laø taùc ñoäng.

1.1.2. Coång logic cô baûn

Ñaïi soá Bool

Coång logic

AND

OR

NOT

Caùc tính chaát ñaïi soá Bool vaø ñònh lyù De Morgan.

Coång NOR, NAND, EXOR

Flip-flops: RS, JK, D, T.

Hieän thöïc hoùa chuyeån maïch. PLD, PAL, FPLA, PROM, , CPLD, FPGA.

1.2. Giaûn ñoà thang

1.2.1. Moâ taû cô baûn

Maïch role thöôøng ñöôïc veõ ôû daïng giaûn ñoà thang.





260

Hình 1: Kyù hieäu role cho coâng taéc thöôøng môû n.o, thöôøng ñoùng n.c vaø cuoän daây role.

Thí duï: Maïch toå hôïp

Thí duï: flip-flop nhö moät giaûn ñoà thang.

S R Y

y

role töï giöõ

Hình 2

1.2.2.Maïch tuaàn töï.

Maïch tuaàn töï laø maïch coù ngoõ ra khoâng chæ phuï thuoäc giaù trò hieän taïi cuûa ngoõ vaøo maø

coøn phuï thuoäc traïng thaùi ngoõ vaøo tröôùc ñoù. Maïch coù nhôù.

2.Khaùi nieäm chung veà PLC Trong heä thoáng töï ñoäng thöôøng gaëp nhöõng thieát bò laøm vieäc theo kieåu tuaàn

töï, theo qui luaät if …then…else vôùi tín hieäu vaøo ra coù hai möùc ví duï nhö contact haønh trình, role. Caùc sô ñoà naøy coù theå thöïc hieän baèng role vaø maïch ñònh thôøi nhöng vôùi sô ñoà phöùc taïp soá löôïng role khaù lôùn, ñoä tin caäy keùm vaø nhieàu khi khoâng ñaït yeâu caàu. Töø nhöõng naêm 70 ñeå ñaùp öùng yeâu caàu coù nhöõng thieát bò ñieàu khieån thay theá sô ñoà role, ñaõ xuaát hieän boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc (Programmable Logic Controller-PLC) vaø ngaøy caøng hoaøn thieän ñöôïc aùp duïng roäng raõi trong coâng nghieäp (PLC cuûa haõng Allen Bradley Corporation saûn xuaát naêm 1977 söû duïng vi xöû lyù 8080). Khaùi nieäm veà ñieàu khieån laäp trình :

Trong lónh vöïc ñieàu khieån, ngöôøi ta phaân bieät hai phöông phaùp ñieàu khieån laø -Phöông phaùp ñieàu khieån noái cöùng -Phöông phaùp ñieàu khieån laäp trình ñöôïc

Caùc PLC ñaàu tieân chæ thöïc hieän ñöôïc caùc pheùp tính logic, tín hieäu vaøo vaø ra laø tín hieäu rôøi raïc, coøn PLC hieän nay coù theå thöïc hieän ñöôïc caùc pheùp tính soá hoïc, logic vaø laøm vieäc ñöôïc vôùi caû tín hieäu lieân tuïc, trong moät soá tröôøng hôïp PLC ñöôïc söû duïng thay cho maùy tính (moät soá haõng duøng töø PC-programmable controller ñeå chæ PLC).

Trong moät heä thoáng phöùc taïp thöôøng goàm maùy tính (vi xöû lyù) thöïc hieän nhöõng coâng vieäc phöùc taïp vaø PLC thöïc hieän caùc coâng vieäc mang tính chaát tuaàn töï.





261

Maùy tính vaø PLC keát noái vôùi nhau qua ñöôøng truyeàn noái tieáp vaø trao ñoåi thoâng tin cho nhau. Nhieàu maùy tính vaø PLC keát noái vôùi nhau theo maïng ñieàu khieån.

Caùc thaønh phaàn cuûa moät PLC goàm coù :

1/ Nguoàn cung caáp chung cho taát caû caùc moñun.

2/Ñôn vò xöû lí trung taâm (CPU) .

3/ Boä nhôù chöông trình.

4/Card nhaäp.

5/ Card xuaát.

6/Card giao tieáp.

7/Chöùc naêng phuï trôï.

8/Khung cô khí ñeå giöõ caùc moñun vaø gaén keát chuùng vôùi caû nguoàn cung caáp vaø ñöôøng

bus.

Chöông trình ñieàu haønh cuûa nhaø saûn xuaát, chöùa trong boä nhôù ROM (EPROM), thöïc hieän

caùc coâng vieäc sau:

-Kieåm tra hoaït ñoäng baûn thaân PLC.

-Ñoïc tín hieäu vaøo ôû khoái nhaäp.

-Chuyeån ñoåi chöông trình ngöôøi duøng chöùa ôû RAM hay theû nhôù sang maõ maùy cuûa vi xöû

lyù ñeå vi xöû lyù thöïc hieän.

-Xuaát tín hieäu ra khoái xuaát.

-Giao tieáp vi xöû lyù vôùi boä laäp trình caàm tay (hand held programming console) hay vôùi

maùy tính.

-Giao tieáp noái tieáp RS-232 hoaëc RS-485.

Chöông trình ngöôøi duøng ñöa vaøo PLC, tuøy tröôøng hôïp, töø boä laäp trình caàm tay, baøn phím

treân PLC hay töø maùy tính vaø chöùa vaøo RAM, moät nguoàn pin nuoâi RAM khi caét ñieän

nguoàn, coù moät tuï ñieän trò soá khaù lôùn maéc song song vôùi chaân caáp nguoàn cuûa RAM ñeå

ñaûm baûo chöông trình vaø döõ lieäu caàn thieát vaãn coøn löu laïi moät thôøi gian sau khi caét

nguoàn PLC hay pin. Trong tröôøng hôïp caàn thieát PLC hoã trôï naïp chöông trình vaøo theû nhôù

EPROM hay EEPROM.

Boä nguoàn cho PLC coù theå laáy töø nguoàn xoay chieàu hay nguoàn moät chieàu +24V.





262

Boä laäp trình caàm tay vaø maùy tính laäp trình gheùp noái vôùi PLC qua ngoõ truyeàn noái

tieáp.

PLC coù theå cheá taïo döôùi daïng khoái gaén keát goàm caùc khoái nguoàn , boä xöû lyù, boä

nhôù, khoái nhaäp vaø xuaát cuøng chung trong moät voû nhöïa, hoaëc theo daïng module (ñôn theå)

goàm module nguoàn, module CPU, vaø caùc module nhaäp xuaát, module chöùc naêng,…

PLC nhaän tín hieäu vaøo vaø xuaát tín hieäu ra daïng ON/OFF song song, noái tieáp hay

daïng töông töï. Vôùi caùc module phuø hôïp coù theå cho PLC phaùt ra tieáng noùi caûnh baùo hay

höôùng daãn.

Caùc module chöùc naêng giuùp môû roäng khaû naêng cuûa PLC nhö khueách ñaïi ño nhieät ñoä,

ñieàu khieån quaù trình voøng kín, ñieàu khieån vò trí, gheùp noái modem, maïng coâng nghieäp.

Quaù trình ñieàu khieån coù theå hieån thò leân maøn hình keøm vôùi caùc thoâng soá traïng thaùi nhôø

phaàn meàm giao dieän ngöôøi-maùy (HMI). Maøn hình thöôøng keát hôïp vôùi caùc phím baám

(OP) ñeå ñieàu khieån vaø quan saùt thoâng soá quaù trình.

PLC ñöôïc thieát keá ñeå laøm vieäc trong moâi tröôøng coâng nghieäp do ñoù möùc tín hieäu logic

vaøo laø 24V; ñoái vôùi tín hieäu töông töï nhoû töø caëp nhieät ñieän hay nhieät ñieän trôû, coù saün

khoái khueách ñaïi choáng nhieãu vaø choáng troâi ñi keøm. Do PLC laøm vieäc theo chu lyø queùt

neân noù khoâng ñaùp öùng vôùi tín hieäu thay ñoåi quaù nhanh, ñieàu naøy haïn cheá aùp duïng PLC

cho vieäc ñieàu khieån voøng kín caùc ñoái töôïng coù quaùn tính nhoû nhöng laïi gia taêng ñoä tin

caäy choáng nhieãu cuûa thieát bò.

Caùc tín hieäu xuaát/nhaäp soá vaø töông töï cuûa PLC thöôøng ñöôïc gheùp noái thoâng qua

optocoupler ñeå ñaûm baûo an toaøn.

PLC thöïc hieän chöông trình chöùa trong boä nhôù ngöôøi duøng (UM) theo chu kyø

queùt. Moät chu kyø queùt baét ñaàu töø leänh ñaàu tieân vaø keát thuùc ôû leänh cuoái cuøng. Moãi chu kyø

queùt PLC ñoïc traïng thaùi ngoõ vaøo, thöïc hieän chöông trình, caäp nhaät ngoõ ra. Thôøi gian thöïc

hieän chu kyø queùt töø 0,1 ms ñeán haøng chuïc ms tuøy theo vaän toác xöû lyù cuûa CPU vaø ñoä daøi

cuûa chöông trình. Thôøi gian thöïc hieän moät leänh cô baûn nhaát khoaûng döôùi 1μs.

Chöông trình vieát cho PLC döôùi 3 daïng : -Giaûn ñoà thang (Ladder diagram LAD) -Löu ñoà (Control system Flowchart CSF) -Baûng phaùt bieåu (Statement list STL)





263

Phöông phaùp giaûn ñoà thang töông töï sô ñoà role, daïng löu ñoà gioáng nhö sô ñoà trong kyõ thuaät soá, coøn daïng STL töông töï caùc doøng leänh cuûa vi xöû lyù. Giôùi thieäu PLC haõng Omron : ZEN, CQM1, CPM1, C200H.

PLC haõng Siemens : Logo, S7-200, S7-300, S7-400.

3.PLC Siemens S7-200 3.1.Giôùi thieäu :

PLC S7-200 laø moät hoï goàm nhieàu loaïi CPU nhö CPU-212, 214, 215, 216, caùc hoï naøy khaùc nhau ôû dung löôïng nhôù, module I/O, taäp leänh, soá coång giao tieáp,… tuy nhieân veà ñaïi theå laø gioáng nhau. PLC ñöôïc laäp trình thoâng qua maùy tính duøng coång 485 vôùi phaàn meàm laäp trình Step7 MicroWin ver 2.0 hay 3.x theo kieåu keát noái Ppi (point to point interface), neáu coù card giao tieáp MPI (multi point interface) coù theå gheùp noái moät PC vôùi nhieàu PLC. Gioáng nhö PLC Omron chöông trình PLC S7-200 ñöôïc thieát keá döôùi daïng chöông trình chính (main, OB), caùc chöông trình con (SBR), caùc chöông trình naét (INT).

Boä nhôù goàm ba loaïi ROM, EEPROM vaø RAM vaø chia laøm nhieàu vuøng : V, I, Q, Ai, AQ, M, SM, T, C, HC, AC. Caùc oâ nhôù coù theå truy caäp theo bit, byte (B), töø (W), töø keùp (DW). 3.2. Söû duïng Step 7- MicroWin 3.2.1.Caøi ñaët step7 vaø choïn cheá ñoä laøm vieäc C:\>setup (Enter) 3.2.2.Soaïn thaûo moät project

-Chöông trình trong LAD Daïng LAD : POU Comment Network 1 Network Title Network comment I0.0 Q1.0

-Chöông trình trong STL Daïng STL : POU Comment Network 1 Network Title Network comment LD I0.0





264

= Q1.0 Giôùi thieäu Menu Cuûa STEP 7-Micro/ Win 32

Hình 3

Menu File, New Open Save/Save as Import Export Upload Download Create library Add/Remove library Menu Edit, Undo Cut Copy Paste Insert Delete Menu View, STL LAD FBD





265

POU comment Symbol Table Symbol Addressing Symbol Information Table Network comment Menu PLC, Run Stop Compile Clear Power up reset Information Program Memory cartridge Menu debug, First scan Multi scan Program Status Use execution status Menu Tool, Instruction Wizard TD 200 Wizard Position Wizard EM 253 Control Wizard Modem Expansion Wizard Menu Windows, Cascade Horizontal Vertical Help, S7-200 on the web About

3.3. Ngoân ngöõ laäp trình treân PLC S7-200

3.3.1.Phöông phaùp laäp trình Ñeå bieåu dieãn chöông trình ñieàu khieån treân PLC, coù 3 phöông phaùp bieåu dieãn laø :

-Giaûn ñoà thang (Ladder diagram LAD) -Löu ñoà (Control system Flowchart CSF) -Baûng phaùt bieåu (Statement list STL)

3.3.2. Caùc böôùc laäp trình : Vieäc laäp trình cho PLC goàm caùc böôùc sau : -Xaùc ñònh thöù töï laøm vieäc cuûa maùy -Veõ löu ñoà heä thoáng -Gaén caùc ngoõ vaøo vaø ra cho PLC -Ñoåi löu ñoà ra giaûn ñoà thang -Vieát chöông trình vaøo PLC





266

- Kieåm tra chöông trình vaø söûa loãi - Chaïy chöông trình vaø kieåm tra loãi - Löu laïi chöông trình treân giaáy hay ñóa

3.3.3. Caáu truùc chöông trình Chöông trình cho S7-200 ñöôïc löu trong boä nhôù cuûa PLC vaø coù theå ñöôïc laäp vôùi hai daïng caáu truùc khaùc nha U: -Laäp trình tuyeán tính -Laäp trình coù caáu truùc : chöông trình con 3.3.4. Caáu truùc ñòa chæ boä nhôù PLC Siemens S7-200

Boä nhôù goàm ba loaïi ROM, EEPROM vaø RAM vaø chia laøm nhieàu vuøng : V, I, Q, Ai, AQ, M, SM, T, C, HC, AC. Caùc oâ nhôù coù theå truy caäp theo bit, byte (B), töø (W), töø keùp (DW). Toùm taét veà caùc vuøng nhôù: CPU 214 Chöông trình ngöôøi duøng : 2KW Döõ lieäu ngöôøi duøng: 2KW Ngoõ vaøo I : I0.0 ..I0.7 Ngoõ ra Q : Q0.0 ..Q0.7 Ngoõ vaøo Analog :AIW0…AIW30 Ngoõ ra Analog: AQW0…AQW30 Boä nhôù thay ñoåi V: VB0…VB4095 Boä nhôù trong M : MB0…MB31 Boä nhôù ñaëc bieät : SMb0…SMB85 Timer : T0…T127 Counter : C0…C127 Ñeám vaän toác cao : HC0…HC2 Thanh ghi ACC: AC0…AC3 Voøng PID : khoâng coù Vuøng nhôù AI, AQ : chæ truy caäp theo töø (16 bit): AIW0, AQW 10. Vuøng nhôù V, I, Q, M, SM : coù theå truy caäp theo bit , byte, word hay double word : I0.1, QB2, VW150… T, C : truy caäp theo bit : T1, C15 hay töø AC : truy caäp theo byte, word hay double word HC : truy caäp theo double word

3.3.5. Taäp leänh PLC : phaàn sau trình baøy caùc leänh chính cuûa PLC, baïn ñoïc caàn bieát chi tieát hôn ñeà nghò ñoïc caùc taøi lieäu chuyeân saâu.

1. Leänh bit Daïng STL :





267

POU Comment Network 1 Network Title Network comment LD I0.0 = Q1.0 Network 2 LDN I0.1 = Q1.1 Network 3 LD I0.2 A I0.3 = Q1.2 Network 4 LD I0.3 O Q1.3 = Q1.3 Network 5 LD I1.0 LD I1.1 AN I1.2 OLD = Q1.1 Network 6 LD I1.3 LD I1.4 ON I1.5 ALD = Q1.5 Network 7 LDN I1.4 LD I1.6 O I1.5 ALD = Q1.6 Daïng LAD : POU Comment Network 1 Network Title Network comment I0.0 Q1.0





268

2. Leänh laäp töùc 3. Leänh vi phaân 4. Leänh ñaûo 5. Leänh ñaët/ xoùa 6. Leänh so saùnh 7. Leänh timer 8. Leänh ñeám 9. Leänh soá hoïc 10. Leänh PID Baûng 2 11. Leänh di chuyeån 12. Leänh hoaùn ñoåi 13. Leänh ghi dôøi bit 14. Ghi dôøi byte 15. Leänh quay 16. Leänh laøm ñaày 17. Goïi chöông trình con 18. Leänh ngaét

Baûng 3 19.Ngaét thôøi gian 20.Ngaét truyeàn thoâng Ñeám vaän toác cao 4.Caùc thí duï ñieàu khieån duøng PLC: Thí duï 1 : Maïch töï giöõ

-Sô ñoà maïch





269

start stop output MC

Hình 4 -Gaùn I/O

Input Devices I1.0 Start Pb. I1.1 Stop Pb.

Output Devices Q1.0 Motor

-Löu ñoà giaûi thuaät

-Giaûn ñoà thang (Ladder Diagram) I1.0 I1.1 Q1.0 Q1.0

-Maõ boä nhôù (STL) Network 1 LD I1.0 O Q1.0

PLC S7-200

Load Power supply





270

AN I1.1 = Q1.0 -Laäp trình vôùi boä laäp trình caàm tay/ Step7 MicroWin : Nhaäp chöông trình -Chaïy chöông trình -Kieåm tra keát quaû -Nhaän xeùt keát quaû - Ñònh höôùng söû duïng Thí duï 2: Duøng PLC ñieàu khieån daây chuyeàn taùo Heä thoáng ñoùng thuøng taùo töï ñoäng 1.Sô ñoà khoái start stop taùo

SE1 M1 Xq Hoäp cacton SE2 M2

Hình 5: Daây chuyeàn ñoùng thuøng taùo Nguyeân lyù laøm vieäc

Khi ngöôøi coâng nhaân nhaán nuùt START (PB1), daây chuyeàn vaän chuyeån thuøng seõ chaïy, khi thuøng carton vaøo ñuùng vò trí thì coâng taéc haønh trình SE2 seõ bò nhaán, boä ñieàu khieån seõ laøm ngöøng daây chuyeàn laïi. Luùc naøy daây chuyeàn vaän chuyeån taùo seõ chaïy, töøng traùi taùo seõ rôùt vaøo thuøng, nhôø coù boä caûm bieán quang (photoelectric) SE1, vaø boä ñieàu khieån seõ ñeám caùc traùi taùo, khi ñuû soá löôïng, daây chuyeàn vaän chuyeån taùo bò ñieàu khieån ngöøng laïi. Quaù trình seõ ñöôïc laëp laïi. Ñaây laø daây chuyeàn ñieàu khieån theo logic taét môû vaø ñieàu khieån baèng PLC Siemens S7-200.





271

2.Laäp trình ñieàu khieån -Sô ñoà keát noái : Keát noái PLC theo sô ñoà maïch Gaùn I/O

Input Devices I0.0 Nuùt nhaán START (PB1) I0.1 Nuùt nhaán STOP (PB2) I0.2 Hieän dieän taùo (SE1) I0.3 Hieän dieän hoäp (SE2)

Output Devices Q1.0 Daây chuyeàn taùo Q1.1 Daây chueàn vaän chuyeån thuøng cacton

-Löu ñoà giaûi thuaät Moâ taû Graphcet Start Y1 X2 T y2 X1 y3 xq /Ystop /ystop -Sô ñoà logic : Giaûn ñoà thang

Duøng PLC S7-200:

M2 chaïy

Delay

M1 chaïy





272

PB1(I0.0) PB2(I0.1) Q1.5 Ñieàu kieän khôûi ñoäng Q1.5

Q1.5 Q1.1 Q1.0 Daây chuyeàn taùo

SE1(I0.2) SE2(I0.3) Giaù trò ñaët tröôùc =10

CTU10 Q1.5 Q1.1 Daây chuyeàn hoäp SE2(I0.3)

-Maõ boä nhôù: Leänh STL Network 1 LD I0.0

O Q1.5 AN I0.1 = Q1.5

Network 2 LD Q1.5

AN Q1.1 = Q1.0

Network 3 LD I0.2

LDN I0.3 CTU 10 #0010 Network 4 LD CTU 10

CPU CTU10 R #0010

END





273

ON I0.3 A Q1.5 =Q1.1 END

-Laäp trình vôùi boä laäp trình caàm tay/ Step7 MicroWin: Nhaäp chöông trình -Chaïy chöông trình -Kieåm tra keát quaû -Nhaän xeùt keát quaû

-Ñònh höôùng söû duïng Caâu hoûi vaø Baøi taäp öùng duïng : 1. Trình baøy caáu taïo PLC. 2. Caùc phöông phaùp laäp trình treân PLC. 3. Ñieàu khieån ñeøn giao thoâng duøng PLC S7-200. 4. Ñieàu khieån ñoäng cô tuaàn töï duøng PLC S7-200 5.Duøng PLC OMRON vieát LAD ñeå ñieàu khieån daây chuyeàn taùo

Lôøi giaûi:

Duøng PLC OMRON: PB1(00000) PB2(00001) 20000 Ñieàu kieän khôûi ñoäng 20000

20000 01001 01000 Daây chuyeàn taùo

SE1(00002) SE2(00003) Giaù trò ñaët tröôùc =10

CNT010 20000 01001 Daây chuyeàn hoäp SE2(00003)

CNT10 #0010

END





274

Tham khaûo: [1]. Nguyeãn Doaõn Phöôùc , Phan Xuaân Minh, Töï ñoäng hoùa vôùi Simatic S7-200, ÑHBK Haø noäi,1997. [2]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). Giôùi thieäu PLC cuûa Omron:

1/DOØng Micro PLC môùi CP1L vôùi khaû naêng môû roäng toái ña 180 I/O, laäp trình qua coång

USB. Veà hình daùng bean ngoaøi, CP1L vôùi maøu ñen khoûe khoaén khaù gioáng CP1H do ñeàu

cuøng thieát keá treân neàn taûng cuûa doøng CJ1 tieân tieán. Veà laâu daøi, CP1L seõ thay theá cho

doøng CPM1A/2A ñaõ coù maët treân thò tröôøng treân 15 naêm. Cuõng nhö CP1H, doøng CP1L hoã

trôï khaû naêng keát noái deã daøng tröïc tieáp tôùi caùc thieát bò khaùc nhö laø bieán taàn (qua

Modbus), ñieàu khieån nhieät ñoä (qua ñònh daïng CompoWay/F).

CP1L coù nhöõng öu ñieåm so vôùi doøng CPM1A/2A:

-Ñaàu vaøo /ra xung 100 Khz, cao hôn nhieàu so vôùi toác ñoä toái ña 20 Khz cuûa CPM2A.

-Boä nhôù 5/10 Kstep (CPM1A coù boä nhôù 2 Kstep, coøn CPM2A coù 4Kstep), coù boä nhôù

ngoaøi.

-Laäp trình thuaän tieän thoâng qua coång USB baèng CX-P V7.1, hoã trôï laäp trình baèng FB

(Function Block).

-Hoã trôï chaïy moâ phoûng baèng CX-Simulator (CPM1A/2A khoâng cho pheùp moâ phoûng).

2/Maøn hình caûm öùng NP3/5 ña naêng, giaù thaønh hôïp lí. Doøng maøn hình caûm öùng coù 2 kích

côõ : 3,8’’ cho NP3 vaø 5,7’’ cho NP5. Caû hai ñeàu coù ñoä phaân giaûi 320x240 vaø hieån thò ñôn

saéc (8 möùc ñoä) hoaëc maøu STN keát hôïp vôùi 3 hoaëc 6 phím chöùc naêng, vôùi voû maøu ñen

hoaëc maøu baïc. Ngoaøi chöùc naêng truyeàn thoâng qua RS232C,/485/422A, NP3/5 cho pheùp

laäp trình qua coång USB, trao ñoåi truyeàn döõ lieäu baèng thanh nhôù USB tieän lôïi.





275

CHÖÔNG 9 : HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN SOÁ ÔÛ chöông naøy chuùng ta taäp trung phaân tích moät aùp duïng quan troïng cuûa maùy tính

laø ñieàu khieån voøng kín hay coøn goïi laø ñieàu khieån soá. Ñieàu khieån soá öu vieät hôn ñieàu khieån analog laø nhôø khaû naêng tính toaùn vaø löu tröõ

soá lieäu, cho pheùp thöïc hieän caùc thuaät toaùn ñieàu khieån phöùc taïp vaø thoâng minh thoûa maõn caùc yeâu caàu veà chaát löôïng ñieàu khieån trong ñieàu kieän ñoái töôïng ñieàu khieån ña daïng, bieán ñoäng vaø chòu aûnh höôûng moâi tröôøng thay ñoåi.

Hieän nay ñieàu khieån soá hieän dieän ôû moïi nôi, töø maùy giaët vôùi logic môø, robot thoâng minh cho ñeán boä ñieàu khieån nhieät ñoä trong nhaø maùy, maùy tính ñieàu khieån daây chuyeàn xi maêng , maùy CNC gia coâng kim loaïi hay thieát bò ñieàu khieån taøu vuõ truï.

Chöông naøy giôùi thieäu veà ñieàu khieån soá sau ñoù ñi saâu khaûo saùt hai vaán ñeà chính laø ñieàu khieån PID vaø maùy CNC. 9.0. Ñieàu khieån hoài tieáp: Khaùi nieäm

Sô ñoà khoái boä ñieàu khieån lieân tuïc R + e(t) u(t) c(t) - c*(t)

Hình 9.1. Heä thoáng ñieàu khieån voøng kín Neáu H(s)=1 ta coù heä thoáng ñieàu khieån hoài tieáp aâm ñôn vò. Trong ñoù R(t) laø tín hieäu vaøo, c(t) laø ngoõ ra , vaø e(t) laø sai leäch e=r-c* G(s) : haøm truyeàn ñoâí töôïng, GBÑK(s): haøm truyeàn boä ñieàu khieån. Xeùt heä sau:

R + e(t) u(t) c(t) -

Hình 9.2. Heä thoáng ñieàu khieån voøng kín hoài tieáp aâm ñôn vò Tín hieäu sai soá : E(t)=r(t)- c(t) Bieán ñoåi Laplace: E(s)=R(s)- C(s)

Ñoái töôïng, quaù trình ñieàu khieån G(s)

Boä ñieàu khieån GBÑK(s)

Hoài tieáp H(s)

Ñoái töôïng, quaù trình ñieàu khieån G(s)

Boä ñieàu khieån GBÑK(s)





276

Tín hieäu ñieàu khieån U(s): U(s)= GBÑK(s).E(s)= GBÑK(s).[R(s)-C(s)] Ruùt goïn vaø tính toaùn , ta coù :

)().(1)().(

)()()(

sGsGsGsG

sRsCsG

BDK

BDKk +

==

Moâ taû heä thoáng ñoäng: Heä tuyeán tính lieân tuïc ñöôïc moâ taû bôûi haøm truyeàn ñaït vaø phöông trình traïng thaùi. Haøm truyeàn ñaït: X Y Haøm truyeàn ñaït cuûa heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ñöôïc ñònh nghóa :

12

112

11

......

)()()(

asasasbsbsbsb

sXsYsG n

nn

mm

mm

++++++++

==−

−+

laø tæ soá giöõa bieán ñoåi Laplace ngoõ ra treân bieán ñoåi Laplace ngoõ vaøo. X(s)=Lx(t): bieán ñoåi Laplace cuûa tín hieäu vaøo. Y(s)=Ly(t): bieán ñoåi Laplace cuûa tín hieäu ra. Bieán traïng thaùi vaø Phöông trình traïng thaùi Caùch bieåu dieãn thöù hai ñeå bieåu dieãn moâ hình toaùn hoïc laø duøng caùc bieán traïng thaùi. Ta haõy xem xeùt heä thoáng ña bieán coù q ñaàu vaøo u(t) m ñaàu ra y(t). Trong heä thoáng baäc n, n bieán vaøo x1(t), x2(t) xn(t) ñöôïc choïn bieåu dieãn cho heä thoáng ñoäng hoïc baèng moät heä caùc phöông trình baäc 1 vaø ma traän nx1.x(t) goïi laø vector traïng thaùi. Ñoái vôùi heä tuyeán tính, baát bieán, moâ hình toaùn hoïc laø :

-Phöông trình traïng thaùi : BuAXX +=.

-Phöông trình ñaàu ra : Y=C.X+Du

Xeùt oån ñònh heä tuyeán tính : duøng tieâu chuaån Routh-Hurwitz, Bieåu ñoà Bode, tieâu chuaån Nyquist. Chaát löôïng heä thoáng ñieàu khieån: sai soá xaùc laäp, ñoä voït loá, thôøi gian xaùc laäp. Ñieàu khieån ON/OFF

Boä ñieàu khieån on/off : ñôn giaûn, reû tieàn , duøng cho öùn duïng ñieàu khieån nhieät ñoä , quaù trình coâng nghieäp nhö laø heä thoáng ñieàu khieån möïc chaát loûng. Ñoái vôùi ñieàu khieån on/off lí töôûng , ngoõ ra boä ñieàu khieån chæ coù hai giaù trò:

U= umax neáu e>0 U= umin neáu e<0.

Boä ñieàu khieån PID lieân tuïc

Daïng cô baûn :

)()()(

)(1)()(

0

00

tututuudtdeTde

TteKutu

DIP

t

di

+++=

+++= ∫ ττ

(9.1)

9.1. Ñaëc tính heä thoáng ñieàu khieån soá 9.1.1.Ñieàu khieån maùy tính Heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính chöùa caû tín hieäu lieân tuïc vaø tín hieäu laáy maãu

hay rôøi raïc theo thôøi gian. Nhöõng heä thoáng nhö vaäy veà truyeàn thoáng ñöôïc hoïi laø heä thoáng laáy maãu döõ lieäu.

G(s)





277

Heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính (Computer-controlled system) coøn ñöôïc goïi laø heä thoáng laáy maãu döõ lieäu (sampled-data system). Sô ñoà khoái heä nhö sau

Maùy tính y(t) y(tk) u(tk) u(y)

Hình 9.3: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng maùy tính. Heä thoáng ñieàu khieån soá voøng kín thöôøng ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng sô ñoà khoái hình sau. Thoâng qua caùc khoùa K (töôïng tröng) laøm vieäc ñoàng boä vôùi chu kyø T, maùy tính ñoïc tín hieäu hoài tieáp töø ñoái töôïng ñöôïc ñieàu khieån, so saùnh vôùi tín hieäu ñaët trong boä nhôù sau ñoù xöû lyù theo thuaät toaùn ñaõ ñònh vaø xuaát tín hieäu ñieàu khieån. Tín hieäu ñieàu khieån daïng soá ñöôïc caøi laïi roài nhôø maïch chuyeån ñoåi DAC ñeán khueách ñaïi coâng suaát. Tuøy tröôøng hôïp cuï theå, boä chuyeån ñoåi ADC ñöa tín hieäu töø caûm bieán vaøo maùy tính coù theå laø vi maïch ADC nhieàu keânh, chuyeån ñoåi VFC, boä ñeám xung ñoïc töø caûm bieán vò trí encoder hay chính laø maïch xöû lyù tín hieäu phöùc taïp coù vi xöû lyù nhuùng beân trong. Chuyeån ñoåi DAC coù theå laø vi maïch DAC, hoaëc laø boä chuyeån ñoåi soá ra beà roäng xung PWM, soá löôïng xung, taàn soá xung.. Khueách ñaïi coâng suaát cuõng raát ña daïng, töø ñôn giaûn laø rôle baùn daãn SCR, van khí neùn cho ñeán phöùc taïp nhö boä chænh löu coù ñieàu khieån hay boä bieán taàn tuøy theo ñoái töôïng ñieàu khieån.

giaù trò + khoùaK y(t)

ñaët - Ts Ts

Hình 9.4: Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån soá

A-D Giaûi thuaät D-A

Quaù trình (ñoái töôïng

Clock

Maùy tính ñieàu khieån

Laáy maãu vaø giöõ DAC, PWM

Khueách ñaïi coâng suaát

Ñoái töôïng ñieàu khieån

Caûm bieán

Chuyeån ñoåi





278

Khaoûng thôøi gian giöõa hai laàn ñoùng khoùa K goïi laø chu kyø laáy maãu Ts : TDS TTT +>

TÑ : thôøi gian ñoïc tín hieäu hoài tieáp, phuï thuoäc soá keânh chuyeån ñoåi vaø loaïi chuyeån ñoåi. TT : thôøi gian maùy tính xöû lyù tín hieäu ñieàu khieån. Hieäu soá TS-(TÑ+TT) : laø thôøi gian maùy tính duøng cho caùc thao taùc caàn thieát khaùc. TS bò giôùi haïn treân bôûi ñaùp öùng thôøi gian cuûa ñoái töôïng maø ta mong muoán. Thí duï, ta mong muoán heä thoáng xaùc laäp trong 1 giaây thì roõ raøng, theo logic bình thöôøng, ít ra TS phaûi nhoû hôn 0,5 giaây. Caùc tieâu chuaån ñeå choïn TS laø :

max301,

5fTTT S

rS <<

Tr : thôøi taêng mong muoán cuûa ñaïi löôïng ñöôïc ñieàu khieån. Fmax : baêng thoâng mong muoán cuûa heä kín. Nhìn chung TS choïn caøng nhoû caøng toát nhöng ñieàu naøy seõ daãn ñeán yeâu caàu laø vaän toác tính toaùn phaûi lôùn vaø thôøi gian chuyeån ñoåi nhoû, taêng giaù thaønh heä thoáng. Tuøy theo ñoái töôïng ta seõ choïn Ts. Thí duï, vôùi loø nhieät coù theå choïn TS vaøi giaây coøn vôùi ñieàu khieån vò trí laø vaøi ms. Vieäc taïo xung nhòp chu kyø TS ñöôïc thöïc hieän nhôø maïch ñònh thì ñeàu ñaën ngaét quaõng cuûa maùy tính. Söû duïng maùy tính vaøo ñieàu khieån seõ gaây ra hai vaán ñeà sau : -Tín hieäu ñieàu khieån bò treã moät thôøi gian sau tín hieäu hoài tieáp, töùc laø ta theâm moät khaâu treã vaøo heä thoáng. Aûnh höôûng cuûa vieäc naøy coù theå coù theå laø quan troïng hay khoâng ñaùng keå tuøy tröôøng hôïp. -Söï löôïng töû hoùa tín hieäu coù theå gaây ra sai soá vaø nhieãu trong heä thoáng. Vi maïch chuyeån ñoåi ADC thöôøng coù soá bit chuyeån ñoåi laø n=8, 12, 14, 16 vôùi giaù trò moät möùc LSB laø 2-n vaø sai soá chuyeån ñoåi 1 LSB. Vaäy, vôùi ADC nhò phaân n bit ta coù ñoä chính xaùc chuyeån ñoåi 100x2-n+1, n=8 sai soá 1% ; n=12 sai soá 0,05%.

taïo n xung moãi voøng quay, giaû söû moãi voøng töông öùng ñoä dòch chuyeån daøi l thì sai soá seõ laø l/n. Muoán ñieàu khieån vôùi sai soá vò trí côõ μm ta phaûi coù l/n<10-6 ; cho l= 10 mm, thì n>104. Trong caùc maùy CNC thöôøng duøng encoder 20000 xung/voøng trôû leân. Vieäc tính toaùn trong maùy tính thöïc hieän treân caùc bieán vaø haèng, haèng laø caùc thoâng soá cuûa heä thoáng caàn ñieàu khieån, trò ñaët... Caùch bieåu dieãn soá khi tính toaùn cuõng laø yeáu toá aûnh höôûng chaát löôïng. Ta thöôøng bieåu dieãn soá döôùi ba daïng : soá nguyeân, soá chaám coá ñònh vaø soá chaám ñoäng. Soá nguyeân duøng moät byte, töø hay töø keùp vaø khoâng bieåu dieãn ñöôïc soá leû nhöng laø caùch söû duïng phoå bieán cuûa PLC vaø vi xöû lí. Soá chaám coá ñònh, daønh moät hoaëc hai byte cho phaàn leû vaø moät töø hay töø keùp daønh cho phaàn nguyeân, nhö vaäy soá seõ coù daïng xxxxxxxx.xxxx vôùi daáu chaám ñöôïc hieåu ngaàm vaø bit lôùn nhaát bieåu thò daáu. Khi tính toaùn, neáu keát quaû vöôït khung seõ bò caét bôùt gioáng nhö coù moät khaâu baõo hoøa trong khoái ñieàu khieån, phaàn soá leû cuõng ñöôïc laøm troøn. Thöïc ra soá chaám coá ñònh cuõng khoâng khaùc gì soá nguyeân khi ta qui öôùc ñaët daáu chaám tuøy yù. Vôùi yeâu caàu chính xaùc cao, coù theå duøng soá thöïc chaám ñoäng chính xaùc ñôn hay keùp khi coù boä ñoàng xöû lyù toaùn hoïc hay phaàn meàm hoã trôï. Tuy nhieân ta neân nhôù raèng vieäc naøy seõ taêng thôøi gian tính toaùn vaø giaù thaønh leân moät caùch khoâng caàn thieát khi tín hieäu ñieàu khieån xuaát ra DAC coù soá bit giôùi haïn.





279

Vi maïch DAC thöôøng laø 10 bit hay 12 bit vôùi ñieän aùp ra 10V. Do ñoù, keát quaû tính toaùn seõ bò xeùn ñi phaàn vöôït khung, ñieàu naøy töông öùng vôùi khaâu baõo hoøa. Ngoaøi ra soá möùc löôïng töû giôùi haïn cuõng aûnh höôûng ñeán tín hieäu ñieàu khieån nhö laø moät loaïi nhieãu. Giaû söû khoâng duøng vi maïch DAC maø ta bieán ñoåi ra beà roäng xung thì cuõng bò giôùi haïn cuûa boä ñeám /ñònh thì 8 bit hay 16 bit. Nhö vaäy, aûnh höôûng cuûa khaâu baõo hoøa caàn phaûi ñöôïc löu yù khi thieát keá heä thoáng. 9.1.2. Heä thoáng rôøi raïc theo thôøi gian Rôøi raïc hoùa tín hieäu : X(t) x*(t) T T : chu kì laáy maãu.

∑∞

=

−=0

* )().()(n

nTttxtx δ

Taàn soá laáy maãu : Tsπ

ϖ2

=

Bieán ñoåi Fourier :

)(1)(

).()(

)(

*

*

0 0

Sn

n

jn

n n

jn

jnjXT

jX

TetxFtxF

TenTt

s

s

ϖϖϖ

δ

ϖ

ϖ

−=

=

=−

∑

∑

∑ ∑

∞+

−∞=

∞+

−∞=

−

∞

=

∞

=

−

Vaán ñeà maát maùt thoâng tin : neáu 2max

sϖϖ < thì thoâng tin ñöôïc khoâi phuïc troïn veïn.

Neáu 2max

sϖϖ > thì thoâng tin bò maát maùt.

Ñònh lyù laáy maãu (Ñònh lyù Shanon) : Tín hieäu x(t) coù phoå tín hieäu giôùi haïn trong khoaûng (-ωmax, ωmax) ñöôïc xaùc ñònh hoaøn toaøn töø tín hieäu laáy maãu chæ trong ñieàu kieän neáu taàn soá laáy maãu lôùn hôn 2ωmax. Chæ trong tröôøng hôïp naøy môùi khoâi phuïc ñöôïc tín hieäu sau khi rôøi raïc hoùa. ωs>2ωmax ωmax laø taàn soá cuûa caùc maét loïc(cao, thaáp..). Khoâi phuïc laïi tín hieäu ñaõ bò rôøi raùc hoùa : giaû söû ωs>2ωmax. Khoâi phuïc gaàn ñuùng : -Noäi suy baäc 0 : keä soá K=const, laáy tín hieäu ñaàu giöõ nguyeân, duøng khaâu ZOH. -Noäi suy baäc 1 : tín hieäu seõ coù heä soá K trong moãi moät ñoaïn seõ khaùc nhau. Heä rôøi raïc thôøi gian : Heä rôøi raïc ñöôïc moâ taû bôûi phöông trình sai phaân :

)()()1(...)1()( 011 krbkcakcankcankc nn =++++−+++ −

Heä rôøi raïc baát bieán theo thôøi gian ñöôïc moâ taû bôûi moâ hình khoâng gian traïng thaùi





280

)()()()()()1(

kDukCxkykukxkx

+=Γ+Φ=+

(9-2)

Phöông trình ñaëc tröng : 0)det( =Φ−Iλ , λ laø giaù trò rieâng. Moâ hình vaøo ra : Ñaùp öùng xung

Cho ( )( )T

T

NyyY

NuuU

)1(...)0(

)1(...)0(

−=

−=

Moâ hình tuyeán tính toång quaùt lieân quan Y vaø U laø pYUHY +=

/H laø ma traän NxN, Yp laø ñieàu kieän ñaàu. Phaàn töû h(k,m) laø zero neáu m>k. Quan heä vaøo ra cuûa heä tuyeán tính toång quaùt ñöôïc vieát

∑=

+=k

mp kymumkhky

0

)()(),()(

Vôùi heä thoáng baát bieán theo thôøi gian, ñaùp öùng xung laø haøm cuûa k-m, nghóa laø )(),( mkhmkh −=

Deã daøng tính toaùn ñaùp öùng xung cuûa heä ñöôïc ñònh nghóa bôûi moâ hình khoâng gian traïng thaùi. Ta coù

∑−

=

−−− +ΓΦ+Φ=1

10

0

0 )()()()(k

kj

jkkk kDujuCkxCky

Haøm ñaùp öùng xung cuûa heä rôøi raïc laø

≥ΓΦ=<

=− 1

000

)(1 kC

kDk

khk

(9-3)

Bieán ñoåi z :

∑∞

=

−=0

* ).()(n

snTenTxsX , ñaët z=esT ta vieát :

∑∞

=

−=0

).()(n

nznxzX (9.2)

kzkxzxzxxzX −−− +++= ).(...).2().1()0()( 21

X(z)=Z[x(k)]=Z[x(t)] Ñònh nghóa : Xeùt tín hieäu rôøi raïc f(kT) : k=0,1,... Bieán ñoåi z cuûa f(kT) ñöôïc ñònh nghóa laø :

∑∞

=

−==0

)()()(k

kzkTfzFkTfZ (9-4)

trong ñoù z laø bieán phöùc. Bieán ñoåi z cuûa f ñöôïc kyù hieäu laø Zf hay F. Bieán ñoåi z ngöôïc ñöôïc cho bôûi

∫ −= dzzzFj

kTf k 1)(21)(π

(9-5)

Thí duï : Bieán ñoåi cuûa haøm doác Xeùt tín hieäu ñònh nghóa bôûi y(kT)=kT vôùi k>=0. Theá thì





281

22121

)1(...)2(...20)(

−=++=+++= −−−−

zTzzzTTzTzzY

Thí duï : 1) Haøm naác thang ñôn vò : x(t)=u(t), x(kT)=u(k) Bieán ñoåi Laplace : X(s)=1/s

Bieán ñoåi z: X(z)= 111

−− z

2/Haøm xung Dirac:

x(t)=

≠=

===0,00,1

)()(),()(voikvoik

kkTxttx δδ

Bieán ñoåi Laplace : X(s)=1. Bieán ñoåi z: X(z)=1. 3/Bieán ñoåi Z cuûa haøm t2/2 laø :

X(z)= 3

2

)1(2)1(

−+

zzzT

4/ Bieán ñoåi Z cuûa haøm sinat laø :

X(z)=1)cos2(

sin2 +− zaTz

aTz

5/ Bieán ñoåi Z cuûa haøm cosat laø :

x(z)= 1)cos2(

)cos(2 +−

−zaTz

aTzz

Moät soá tính chaát cuûa bieán ñoåi z ñöôïc thu thaäp ôû baûng 9.1 Baûng 9.1 Moät soá tính chaát cuûa bieán ñoåi z. 1.Ñònh nghóa

∑∞

=

−=0

)()(k

kzkTfzF

2.Nghòch ñaûo

∫ −= dzzzFj

kTf k 1)(21)(π

3.Tính tuyeán tính

ZgZfgfZ .. βαβα +=+ 4.Dòch thôøi gian

∑

−

=

−

−−

=−=

=1

011 )()()(

n

j

jnn

nn

zjTfzFvoiFFzfqZ

FzfqZ

5.Ñònh lyù giaù trò ñaàu )(lim)0( zFf

z ∞→=

6.Ñònh lyù giaù trò cuoái





282

Neáu (1-z-1)F(z) khoâng coù baát cöù cöïc naèm treân hay ngoaøi voøng troøn ñôn vò thì )()1(lim)(lim 1

1zFzkTf

zk

−

→∞→−=

7. Nhaân chaäp

))(()()(*0

ZgZfnkgnfZgfZk

n

=

−= ∑=

Bieán ñoåi z coù theå duøng ñeå giaûi phöông trình sai phaân : Cho heä phöông trình traïng thaùi rôøi raïc

)()()()()()1(

kDukCxkykukxkx

+=Γ+Φ=+

Laáy bieán ñoåi z hai veá, ta ñöôïc

∑∑∑ ∑∞

=

−∞

=

−∞

=

∞

=

−− Γ+Φ=

−=+

000 0

)()()0()()1(k

k

k

k

k k

kk kuzkxzxkxzzkxz

Vì vaäy ( )

( ))()0()()()()()0()(

1 zUzxzIzXzUzXxzXz

Γ+Φ−=

Γ+Φ=−−

vaø ( ) )()()0()()( 11 zUDzICzxzICzY +ΓΦ−+Φ−= −− Haøm truyeàn xung baây giôø ñöôïc ñònh nghóa nhö sau :

DzICzH +ΓΦ−= −1)()( (9-6) Ñònh lyù 9.1 : Ñaùp öùng xung cuûa (9-3) vaø Haøm truyeàn xung (9-6) laø moät caëp bieán ñoåi z, nghóa laø )()( zHkhZ = Haøm truyeàn z : Cho heä G(s)=C(s)/R(s) Haøm truyeàn z ñöôïc ñònh nghóa laø tyû soá cuûa bieán ñoåi z ngoõ ra vaø bieán ñoåi z ngoõ vaøo.

)()()(

zRzCzG =

Thí duï : Cho heä thoáng rôøi raïc moâ taû bôûi phöông trình sai phaân : C(k+3) + 2c(k+2) -5c(k+1)+ 3c(k) =2r(k+2) + r(k). Tìm haøm truyeàn G(z)=C(z)/R(z) cuûa heä thoáng :

35212

)()()( 23

2

+−++

==zzz

zzRzCzG

Tính toaùn haøm truyeàn xung: Haøm truyeàn xung coù theå ñöôïc tính tröïc tieáp töø haøm truyeàn lieân tuïc. Cho heä ñöôïc moâ taû bôûi haøm truyeàn G(s) coù khaâu giöõ baäc khoâng ôû tröôùc (hình 9.6). Haøm truyeàn z laø: u(kT) u(t) y(t) y(kT) T T

H(z)

Hình 9.6: Laáy maãu heä lieân tuïc Khaâu ZOH coù haøm truyeàn :

ZOH )(sG





283

sesG

Ts

ZOH

−−=

1)( , vì z=esT

Bieán ñoåi z ngoõ ra :

)()()1()( 1 zUssGZzzY

−= − (9-7)

Haøm truyeàn xung ñöôïc xaùc ñònh duy nhaát bôûi ñaùp öùng vôùi tín hieäu cho tröôùc. Xeùt ngoõ vaøo haøm naác ñôn vò. Chuoãi u(kT) laø chuoãi ñôn vò vaø tín hieäu u(t) laø haøm naác ñôn vò. Kyù hieäu Y(s) laø bieán ñoåi Laplace cuûa y(t), nghóa laø

ssGsY )()( =

Cho ngoõ ra laáy maãu y(kT) coù bieán ñoåi z YLZY 1~ −= . Chia Y~ cho haøm truyeàn xung cuûa ngoõ vaøo , U(z)=z/(z-1), ta coù )(~)1()( 1 zYzzH −−= Thuû tuïc tính haøm truyeàn xung nhö sau : 1.Xaùc ñònh ñaùp öùng naác cuûa heä vôùi haøm truyeàn G(s). 2.Xaùc ñònh bieán ñoåi z töông öùng cuûa ñaùp öùng xung. 3. Chia cho bieán ñoåi z cuûa haøm naác ñôn vò. Neáu u(t) laø haøm naác ñôn vò thì baèng thuû tuïc naøy coâng thöùc ñöôïc daãn ra :

dsssG

eze

izzzH

i

isT

sT

∫∞+

∞− −− γ

γπ)(

211)( (9-8)

Neáu haøm truyeàn G(s) TIEÁN TÔÙI ZERO ÍT nhaát khi |s|-1 vôùi s lôùn vaø coù cöïc rieâng bieät, khoâng coù ôû goùc toaï ñoä , ta coù

)(1Re1)( sGs

esez

zHiss

sT

sT∑=

−

−= (9-9)

Baûng 9.2: Moät soá haøm thôùi gian vaø bieán ñoåi Laplace vaø bieán ñoåi z töông öùng. f Lf Zf δ(k) (xung) - 1 1 k≥0 (naác thang)

s1

1−zz

kT 2

1s

2)1( −zTz

2)(21

kT 3

1s

3

2

)1(2)1(

−+

zzzT

akT

e−

asa

+1

aT

ez

z−

−

akT

eaù−

− )1(

1ass +

))(1(

)1(

aT

aT

ezz

ez−

−

−−

−

kTϖsin 22 ϖ

ϖ+s

1cos2

sin2 +− Tzz

Tzϖ

ϖ





284

Duøng Matlab ñeå bieán ñoåi rôøi raïc : 1.Bieán ñoåi töø töông töï sang rôøi raïc vaø ngöôïc laïi :

Thí duï 1 : Cho heä : )1(

1)(1 +=

sssG Tìm G1(z)

Haøm vd2_14a.m : numc1=[1]; denc1=[1 1 0]; T=1; [numz,demz]=c2dm(numc1,denc1,T,' ZOH') ; printsys(numz,denz,'z') >> vd2_14a num/den = 0.36788 z + 0.26424 ---------------------- z^2 - 1.368 z + 0.3679

3679,0368,12642,0369,0)( 2 +−

+=

zzzzG

Thí duï 2: Ñoåi G(z) sang G(s) Haøm vd2_14.m : numz= [0.369 0.2642]; denz=[ 1 -1.368 0.3679]; T=1; [numc1,denc1]=d2cm(numz,denz,T,'zoh'); printsys(numc1,denc1) >> vd2_14 num/den = 0.00078371 s + 1.0017 ---------------------------- s^2 + 0.99994 s - 0.00015819

)1(1)(1 +

=ss

sG

Thí duï 3: Veõ ñaëc tính taàn cuûa heä lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn

)125,0)(110()179,0(45)(++

+=

sssssW

num=[ 0 0 35.5 45]; den=[0.25 10.025 1 0]; [numz,denz]=c2dm(num,den,0.1,'zoh') % numz=[0 0.2807 -0.1589 -0.0779], T=0,1 sec %denz=[1.0000 -2.0084 1.0265 -0.0181]





285

w=logspace(1,pi); [magz,phasez]=dbode(numz,denz,0.1,w); figure loglog(magz) figure semilogx(w,phasez) hold [mag,phase]=bode(num,den,w); figure loglog(w,mag) figure semilogx(w,phase)

Thí duï: Laáy maãu heä lieân tuïc vôùi haøm truyeàn : )5,0(

1)(+

=ss

sGp duøng maïch giöõ baäc

khoâng ZOH vaø T=1sec. Haøm truyeàn Z cuûa heä giöõa ngoõ ra vaø ngoõ vaøo laø :

Hình 9.7

G(z)=(1-z-1).ZGp(s)/s=)=(1-z-1). )5,0(

1 2 +ssZ

606,0606,1361,0426,0)( 2 +−

+=

zzzzG

Haøm truyeàn z cuûa heä hôû vaø heä voøng kín: Thí duï: Cho heä rôøi raïc coù hai khaâu noái tieáp caùch nhau bôûi khaâu laáy maãu: R(s) R* C(s) C*(s) T T T Hình 9.8

)().()()()( 21 zGzG

zRzCzG == (9-10)

Có G1(s)=1/(s+a), G2(s)=1/(s+b). Tìm haøm truyeàn z töông ñöông cuûa heä:

))(()().(

)()()(

2

21 bTaT ezezzzGzG

zRzCzG

−− −−===

Thí duï: Cho heä rôøi raïc coù hai khaâu noái tieáp khoâng caùch nhau bôûi khaâu laáy maãu:

G1(s) G2(s)





286

Hình 9.9

)()()()( 21 zGG

zRzCzG == (9-11)

Có G1(s)=1/(s+a), G2(s)=1/(s+b). Tìm haøm truyeàn z töông ñöông cuûa heä: v ới G1G2(z)=ZG1(s).G2(s)

))()(()()(

)()()( 21 bTaT

aTbT

ezezabeezzGG

zRzCzG

−−

−−

−−−−

===

Thí duï:Cho heä thoáng rôøi raïc hoài tieáp coù khaâu laáy maãu trong keânh sai soá:

Hình 9.10

)(1)(

)()()(

zGHzG

zRzCzGk +

== (9-12)

Cho G(s)=1/(s+a), H(s)=1/(s+b). Tìm haøm truyeàn z töông ñöông cuûa heä:

Haøm truyeàn Z cuûa heä kín )(1

)()()()(

zGHzG

zRzCzGk +

== laø :

a. )())()((

))(()()()( aTbTbTaT

bT

k eezezezabzezab

zRzCzG

−−−−

−

−+−−−−−

==

Bieán ñoåi Zm: Bieán ñoåi z hieäu chænh cuûa haøm lieân tuïc ñöôïc cho bôûi

∑∞

=

− +−=0

)(),(~k

k mTTkTfzmzF vôùi 0≤ m ≤1 (9-13)

Bieán ñoåi z ngöôïc ñöôïc cho bôûi (9-14)

trong ñoù ñöôøng Γ bao taát caû ñieåm kì dò cuûa tích phaân. 9.1.3.Phaân tích heä rôøi raïc: OÅn ñònh : tieâu chuaån Jury Thí duï: Xeùt oån ñònh heä baäc hai Cho phöông trình ñaëc tính laø

∫Γ

−=+− dzzmzFi

mTTnTf n 1),(~21)(π





287

0)( 212 =++= azazzA (9-15)

Sô ñoà Jury laø 1 A1 A2 A2 A1 1 22 a=α

221 a− )1( 21 aa −

)1( 21 aa − 221 a−

2

11 1 a

a+

=α

2

2212

2 1)1(

1a

aaa+

−−−

Taát caû nghieäm cuûa (9-15) naèm trong voøng troøn ñôn vò neáu

( ) 0)1(11

01

21

22

2

2

22

>−++−

>−

aaaaa

Ñieàu naøy cho ra ñieàu kieän: A2<1 A2>-1+a1 A2>-1 –a1 Vuøng oån ñònh cuûa phöông trình baäc hai nhö treân. Ví duï: Heä xung ôû hình coù thoâng soá sau: k=30; T1=20 sec; T=1 sec. Kieåm tra heä oån ñònh theo nghieäm cuûa phöông trình ñaëc tröng heä giaùn ñoaïn. X(t) E(t) e(kT) u(t) y(t) - T

Hình 9.11

sesG

sTksG

sT

ZOH

−−=

+=

1)(;1

)(1

Num=[30]; Den=[20 1]; [numz, denz]=c2dm(num,den,1,’zoh’); [numzK, denzK]=cloop(numz,denz,-1); roots(denzK) ans=-0.5119 Nhö vaäy heä seõ oån ñònh vì naèm trong ñöôøng troøn baùn kính ñôn vò treân maët phaúng z.

ZOH )(sG





288

9.2. Thuaät toaùn ñieàu khieån. Bieâuõ dieãn heä lieân tuïc baèng heä rôøi raïc bieán traïng thaùi :

r(kT) + e(k) u(t) y(t)

- T T

ZOH

Hình 9.14 Trong ñoù : C(z) : laø haøm truyeàn Z cuûa boä ñieàu khieån soá G(s) : laø haøm truyeàn ñoái töôïng. ZOH : laø khaâu giöõ baäc khoâng (D /A). KDCS : khaâu khueách ñaïi coâng suaát coù ñoä lôïi K vaø thöôøng laø khaâu phi tuyeán baûo hoaø. Phía tröôùc khaâu ZOH laø khaâu baûo hoaø do caét goït soá bit, chu kì laáy maãu laø T.

Sôû dó khaâu khueách ñaïi coâng suaát laø khaâu baõo hoøa laø do coâng suaát ñöa vaøo ñoái töôïng coù giôùi haïn, ví duï ñieàu khieån coâng suaát loø nhieät baèng ñieàu roäng xung thì K chæ coù giaù trò töø 0 ñeán 1. Vieäc choïn C(z) thöôøng ñöôïc thöïc hieän theo 2 phöông phaùp : -Tính thuaät toaùn ñieàu khieån C(s) nhö vôùi heä lieân tuïc, khoâng coù ZOH, sau ñoù thay C(s) baèng C(z). Phöông phaùp naøy ñôn giaûn deã thöïc hieän ñoøi hoûi Ts nhoû ñeå gaàn gioáng heä lieân tuïc. -Bieán ñoåi ZOH vaø G(s) ra haøm truyeàn z hay phöông trình traïng thaùi rôøi raïc roài duøng coâng cuï lyù thuyeát ñieàu khieån soá ñeå tính toaùn tröïc tieáp. *Heä thoáng laáy maãu tín hieäu


-

ZOH

Hình 9.15

C(z)

se sT−−1

KÑCS K

G(s)

A/D Maùy tính

Ñoái töôïng

Hoài tieáp

D/A





289


-

ZOH

Hình 9.16

Khaâu coù treã : heä thoáng coù treã do khaâu tính toaùn cuûa maùy tính. Bieán ñoåi Zm *Bieâuõ dieãn heä lieân tuïc baèng heä rôøi raïc bieán traïng thaùi : Phöông trình traïng thaùi rôøi raïc cuûa heä lieân tuïc coù treã:

uJHXYGuFXX.+=

+=&

)(..)()0(.)()( 11 sUGFsIXFsIsX −− −+−=

[ ] [ ])(.)()0(.)()( 1111 sUGFsILxFsILtx −−−− −+−= [ ]

ττηη dGdeG

TFFsILet

TTF

d

d

Ft

∫∫ Φ==Γ=

Φ=−==Φ −−

00

11

).(

)()()(

(9-16)

Thí duï : Cho heä lieân tuïc coù phöông trình traïng thaùi như sau :

uxy

uxdtdx

+

=

−

+

−

=

1111

.1111

1111

.11

00

Tìm phöông trình taïng thaùi rôøi raïc .

++

=

++

=

+

=−−

−

)1(1

)1(1

01

101

)1(1

110

)(1

1

sss

ss

ssss

sFsI

Maùy tính

D/A

Ñoái töôïng

Hoài tieáp

[ ]

−+

=

−

Φ=

−

=Φ=

−

=−==Φ

−

−−

−−−−

∫ )22(1111

).(

101

)(

)(.)(1).1(0)(1

)()(

0

11

T

T

d

TTd

ttFt

eTTTT

dG

eeTF

tuetet

FsILet

ττ





290

Thí duï: Laáy maãu heä lieân tuïc vôùi haøm truyeàn : )1(

10)(+

=ss

sG p duøng maïch giöõ baäc

khoâng ZOH vaø T=0,1sec.

Vieát phöông trình traïng thaùi rôøi raïc. Khi vieát phöông trình traïng thaùi rôøi raïc, ta khoâng duøng khaâu ZOH. Heä lieân tuïc : U(t) y(t) Theâm bieán trung gian X(s):

)().1(

)()()(

sXsssX

sUsY

+=

Y=X U=s2.X+ sX Ñaët bieán traïng thaùi : X=x1 sX=x2

Ta coù :

1

22

21

xyuxx

xx

=

+−==

&&

Hay : [ ]xy

uxxx

x

.01

.10

.10

10

2

1

=

+

−

=

=

&&

&

=

−

=10

,10

10GF

+

+=

++

=

+

−=−

−

−

)1(10

)1(11

011

)1(1

101

)(1

1

s

ssss

ssss

sFsI

=

−=Φ=⇒

−=Φ

−

−

−

−

9,0009,01

011

)(0

11)(

T

T

dt

t

eeTF

eet

Gp(s)





291

=

−+−

=

−=

−=Φ=Γ=

−

−

−

−

−

−

∫∫∫

1,00

111

10

.0

11.).(

000

d

T

TT

t

tT

t

tT

d

G

eeTdt

eedt

eedtGtG

Vaäy heä phöông trình traïng thaùi rôøi raïc laø :

[ ] )(.01)(

)(.10

)(.9,00

09,01)1(

kxky

kukxkx

=

+

=+

vôùi

=

++

=+)()(

)(,)1()1(

)1(2

1

2

1

kxkx

kxkxkx

kx

Thí duï: Moâ hình ñoäng cô Ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc moâ taû bôûi moâ hình baäc hai vôùi moät khaâu tích phaân vaø moät haèng soá thôøi gian. Ngoõ vaøo laø ñieän aùp ñöa vaøo ñoäng cô vaø ngoõ ra laø vò trígoùc . Haèng soá thôøi gian do phaàn cô khí cuûa heä, vaø ñoäng hoïc do phaàn ñieän laø boû qua. Moâ hình chuaån hoùa ñôn giaûn cuûa ñoái töôïng ñöôïc cho bôûi

)()1(

1)( sUss

sY+

=

Giôùi thieäu vaän toác vaø vò trí cuûa ñoäng cô nhö caùc bieán traïng thaùi. Moâ hình khoâng gian traïng thaùi cuûa ñoäng cô ñöôïc cho

(9-17)

ñieän aùp u vaän toác x1 Vò trí x2

Hình 9.17: Moâ hình chuaån hoùa cuûa ñoäng cô DC. Thí duï: Moâ hình chuaån hoùa ñôn giaûn cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc cho bôûi

( )xy

uxdtdx

1001

0101

=

+

−=

Tìm phöông trình traïng thaùi rôøi raïc: Phöông phaùp bieán ñoåi Laplace cho

11+s

s1

( )xy

uxdtdx

1001

0101

=

+

−=





292

+

+=

++

=

−+

=−−

−

sss

ss

ssss

sAsI 1

)1(1

01

1

110

)1(1

101

)(1

1

Vì vaäy

−===Φ⇒

−=Φ

−

−

−

−

110

)(110

)(T

TAT

dt

t

ee

eFTe

et

vaø

+−−

=

−=

−=Φ==Γ

−

−

−

−

−

−

∫∫∫ T

TT

t

tT

t

tT

d eTedt

eedt

eedtBtG

11

101

.110

.).(000

9.3. Bieán ñoåi C(s) ra C(z) Vi phaân vaø xaáp xæ Tustin: Haøm truyeàn theå hieän phöông trình sai phaân. Thaät laø töï nhieân ñaït ñöôïc phöông trình sai phaân baèng xaáp xæ ñaïo haøm vôùi sai phaân tôùi:

)(1)()()()( txT

qT

txTtxdt

tdxtpx −=

−+≈= (9-18)

hay sai phaân ngöôïc

)(1)()()()( txqT

qT

Ttxtxdt

tdxtpx −=

−−≈= (9-19)

Xaáp xæ sai phaân töông öùng vôùi chuoãi sau: sTez st +≈= 1 : phöông phaùp Ôle (9-20)

sTez st

−≈=

11 : sai phaân ngöôïc. (9-21)

Moät xaáp xæ khaùc , töông öùng vôùi phöông phaùp hình thang cho tích phaân soá:

ssTsTez sT

/12/1

+−

≈= (phöông phaùp hình thang) (9-22)

Bieán ñoåi C(s) ra C(z) Haøm truyeàn töông ñöông cuûa boä ñieàu khieån lieân tuïc R e u c + -

Hình 9.18 D(s) : haøm truyeàn cuûa boä ñieàu khieån analog.

D(s) G(s)

H(s)





293

r(kT) + e(k) u(kT) u(t) y(t)

- y^(kT) Hình 9.19

Tìm D(z) thay cho D(s) ñeå khoûi maát thôøi gian tình toaùn laïi.

Giaû söû as

asD+

=)(

Coù ba phöông phaùp : -hình chöõ nhaät thuaän -hình chöõ nhaät ngöôïc -hình thang(song tuyeán tính). *hình chöõ nhaät thuaän:

z=sT+1 à T

zs 1−=

aT

za

zEzU

+−

=1)(

)(

*hình chöõ nhaät ngöôïc

Tsz

−=

11à

Tzzs 1−

=

aTz

za

zEzU

+−

=1)(

)(

*hình thang(song tuyeán tính):

21

21

Ts

Ts

z−

+= à

112

+−

=zz

Ts

azz

T

azEzU

++−

=

112)(

)(

Thí duï: Boä tích phaân G(s)=1/s Tìm bieán ñoåi rôøi raïc G(z) duøng bieán ñoåi thuaän Giaûi:

D(z) ZOH G(s)

H(s)





294

111)(

−=

−=

zT

Tz

zG

Thí duï: Ñieàu khieån PID:

sKs

KKsEsU

DI

P .)()(

++=

PID rôøi raïc : Bieán ñoåi ngöôïc :

)1.(]2[][

1.1

1.1)(

)(

22

−+−−+++

=

−+

−+=

−+

−+=

zTzKKTKzKTKTKz

TzzK

zTzKK

TzzK

TzzKK

zEzU

DDPDIP

DI

P

DI

P

9.4. . Thuaät toaùn PID soá Thieát keá boä ñieàu khieån soá: 1/Moâ phoûng töø D(s) sang D(z). 2/Thieát keá haøm truyeàn baèng quyõ ñaïo nghieäm soá, giaûn ñoà Bode: Caùc khaâu sôùm pha, treã pha, sôùm treã pha, PID. 3/Thieát keá theo phöông trình traïng thaùi rôøi raïc: ñaët cöïc, öôùc löôïng traïng thaùi vaø ñieàu khieån LQR, LQG.

Trong phaàn döôùi ñaây chuùng ta seõ thieát keá thuaät toaùn PID rôøi raïc. Caùc phaàn coøn laïi baïn ñoïc theâm trong taøi lieäu tham khaûo [3].

Heä ñieàu khieån lieân tuïc raát thöôøng söû duïng thuaät toaùn PID vì deã thieát keá, thöïc hieän vaø coù chaát löôïng chaáp nhaän ñöôïc. Thuaät toaùn coù daïng:

sKs

KKsTsT

KsEsUsC D

IPD

IP .).

.11(

)()()( ++=++== (9.23)

vôùi Kp: heä soá tæ leä; TI : thôøi gian tích phaân; TD: thôøi gian ñaïo haøm. KI : heä soá tích phaân; KD: heä soá ñaïo haøm.

Vôùi DPDI

PI TKK

TKK == ;

Bieán ñoåi rôøi raïc (sà f(z)): duøng bieán ñoåi ngöôïc , song tuyeán tính . Baûng 9.3 . Moät soá aûnh höôûng cuûa caùc heä soá treân ñaùp öùng heä kín Heä soá Thôøi taêng Thôøi gian xaùc

laäp Voït loá Sai soá xaùc laäp

Kp Giaûm taêng Giaûm KI Giaûm taêng taêng Khöû KD Giaûm Giaûm Moät soá taøi lieäu duøng kyù hieäu daûi tæ leä PB thay cho Kp.





295

PB=100/ Kp. Duøng kyõ thuaät bieán ñoåi ngöôïc , ta coù thuaät toaùn PID soá sau:

−

++−++=

−+−−+++

=

−+

−+=

−+

−+==

)()2()(

)1.(]2[][

1.1

1.1)(

)()(

2

22

22

zzTTTTzTTTTzTTTTT

K

zTzKKTKzKTKTKz

TzzK

zTzKK

TzzK

TzzKK

zEzUzC

SI

IDSIIDIDSSIP

DDPDIP

DI

P

DI

P

(9.24)

(9.25) uP(k)=Kpe(k) (9.26) uI(k)= uI(k-1)+ KIe(k) (9.27) uD(k)=KDe(k) (9.28) trong ñoù u(k), e(k) laàn löôït laø tín hieäu ñieàu khieån vaø tín hieäu sai leäch ôû thôøi ñieåm laáy maãu k. 1/ Thuaät toaùn PID soá 1: Trong caùc giaùo trình thöôøng trình baøy thuaät toaùn PID döôùi daïng gia soá sau: duøng tích phaân hình chöõ nhaät ngöôïc vaø sai phaân ngöôïc cho ñaïo haøm

))2()(( 2111 −−−− +−++−+= kkkS

Dk

I

skkpkk eee

TTe

TTeeKuu (9-29a)

hay )2()( 2111 −−−− +−++−+= kkkS

DksIkkpkk eee

TKeTKeeKuu

hay 221101 −−− +++= kkkkk eaeaeauu

trong ñoù :

S

DIsP T

KKTKa ++=0

S

DP T

KKa 21 −−= (9-29b)

S

D

TKa =2

2/ Thuaät toaùn PID soá 2: duøng tích phaân hình thang vaø sai phaân ngöôïc cho ñaïo haøm ta coù:

)2()(5,0)( 21111 −−−−− +−+++−+= kkkS

DkkIskkpkk eee

TKeeKTeeKuu (9-30a)

hay 221101 −−− +++= kkkkk eaeaeauu

trong ñoù :

)()()()( 0 kukukuuku DIP +++=





296

S

DIsP T

KKTKa ++=

20

(9-30b)

S

D

TKa =2

Giaûi thuaät (9-30a) toát hôn ñaït ñöôïc neáu töø phöông trình (9-29a) thöøa soá Ki.ek ñöôïc thay baèng 0,5Ki(ek-1+ek). Hoaëc :

Theo phương pháp hình thang ta có biến đổi z PID như sau:

( )

−+

−++=

zz

TK

zzTKKzG di

p1

11

2`

Viết lại G(z) ta có:

( ) 1

21

1

222

−

−−

−

+

−+−+

++=

z

zTKz

TKTKK

TKTKK

zG

ddip

dip

Đặt:

TKTKKa di

p ++=20

TKTKKa di

p2

21 −+−=

TKa d=2

Ta có:

( ) 1

22

110

1 −

−−

−++

=z

zazaazG

Từ đó, ta tính được tín hiệu điều khiển u(k) khi tín hiệu vào e(k) như sau:

( ) ( ) ( ) ( )kez

zazaakezGku 1

22

110

1 −

−−

−++

==

Cuối cùng ta có được công thức sau:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )211 210 −+−++−= keakeakeakuku

Vieäc choïn thoâng soá cuûa PID coù theå döïa vaøo phöông phaùp bieåu ñoà Bode, quyõ ñaïo

nghieäm, Simulink,.. nhöng ñoøi hoûi phaûi bieát haøm truyeàn cuûa ñoái töôïng. Ziegler Nichols ñeà nghò choïn thoâng soá theo phöông phaùp sau:

S

DsIP T

KTKKa 221 −+−=





297

1/Döïa vaøo ñaùp öùng heä hôû: Neáu ñaùp öùng heä hôû coù daïng nhö hình sau thì coù theå choïn thoâng soá theo baûng 9.4: Moät heä coù ñaùp öùng naác nhö hình 9.20 coù theå ñöôïc xaáp xæ bôûi haøm sau:

sLesT

ksG −

+=

1)(

vôùi K laø ñoä lôïi tónh, L laø trì hoaõn thôøi gian vaø T laø haèng soá thôøi gian.. Tham soá a ñöôïc cho bôûi

TLka =

y k L T t

Hình 9.20 Baûng 9.4 Boä ñieàu khieån Kp TI TD P 1/a PI 0,9/a 3L PID 1,2/a 2L L/2 Ñaùp öùng treân thöôøng ñaëc tröng cho loø nhieät hay ñieàu khieån möùc, ñaùp öùng heä kín coù voït loá vôùi heä soá ñeäm khoaûng 0,2. 2/Phöông phaùp giôùi haïn oån ñònh: Ban ñaàu cho KI vaø KD baèng 0, ta ñieàu khieån vôùi Kp taêng daàn cho ñeán Kmax khi ñaùp öùng ra dao ñoäng chung quanh trò ñaët vôùi chu kì Tp. Caùc thoâng soá choïn nhö baûng sau. Baûng 9.5 Kp.Kmax TI TD P 0,5 PI 0,45 Tp/1,2 PID 0,6 0,5Tp Tp/8





298

9.5. AÛnh höôûng cuûa khaâu baõo hoøa Thöïc teá tín hieäu ñieàu khieån seõ bò giôùi haïn ôû treân vaø döôùi do maïch DAC hay do

giôùi haïn coâng suaát, chaúng haïn neáu ta ñieàu khieån nhieät ñoä loø ñieän trôû thì tín hieäu ñieàu khieån laø phaàn traêm coâng suaát ñöa vaøo vaø naèm trong khoaûng töø 0 ñeán 1, neáu ñieàu khieån vaän toác ñoäng cô moät chieàu thì vaän toác khoâng theå quaù trò soá toái ña khoâng taûi qui ñònh bôûi nguoàn cung caáp. Söï baõo hoøa cuûa tín hieäu ñieàu khieån laøm cho ñaùp öùng cuûa heä kín seõ bò keùo daøi, sai soá khoâng ñoåi daáu laøm cho thaønh phaàn I seõ tích luõy vöôït troäi so vôùi thaønh phaàn P vaø D, khi tín hieäu sai leach ñaûo daáu thì phaûi caàn moät thôøi gian môùi giaûm ñöôïc thaønh phaàn I, do ñoù ñaùp öùng ra seõ coù voït loá lôùn, hieän töôïng naøy goïi laø windup. Ñeå khaéc phuïc ta coù theå duøng tích phaân coù ñieàu kieän, ban ñaàu khi sai leach coøn lôùn ta khoâng duøng I maø chæ duøng P, khi sai leäch nhoû hôn trò ñaõ ñònh ta ñöa thaønh phaàn I vaøo, tuy nhieân vieäc choïn möùc sai leach cuõng khoâng phaûi laø deã daøng. Ta cuõng coù theå laäp trình ñeå tín hieäu ñieàu khieån khoâng vöôït quaù giôùi haïn baèng caùch thay ñoåi thaønh phaàn I. Thí duï: xeùt ñoaïn chöông trình cho ñieàu khieån PI sau: Ci:=kp*ts/ti; Er:=yd-y; It:=it+ci*er; thaønh phaàn tích phaân V:=kp*er+it; U:=lim(v,umin,umax); haøm giôùi haïn u=v giöõa hai giôùi haïn It:=u-v+it; neáu u trong khoaûng hai giôùi haïn thì it khoâng ñoåi neáu u baèng giôùi haïn thay ñoåi it Thuaät toaùn choáng windup ñöôïc vieát döôùi daïng: V(k)=kp*e(k)+ it(k) (1) It(k+1)=it(k)+er(k)*kp*ts/ti+(u(k)-v(k))ts/tt (2) Trong ñoù tt-goïi laø thôøi gian tracking. U(k)-laø tín hieäu ra ñieàu khieån. U(k)=v: neáu trong khoaûng umin, umax. U(k) baèng giôùi haïn neáu : v vöôït khung. Thí duï: ñieàu khieån loø nhieät coù haøm truyeàn 200exp(-10s)/(1+100s), ta ñieàu khieån coâng suaát baèng phöông phaùp ñieàu roäng xung thay ñoåi ton cuûa role baùn daãn vôùi chu kì 2 giaây, loø nhieät coù nhieät ñoä toái ña 200oC, thôøi haèng 100s vaø thôøi treã 10s, theo Ziegler-Nichols boä ñieàu khieån PID coù Kp=0,045, TI=30s, duøng chuyeån ñoåi ADC 12 bit, FS 2V vaø khueách ñaïi chuyeån ñoåi 10 mV/oC, 200 oC seõ öùng vôùi 07FFh, ta ñoåi soá nhò phaân ñoïc töø ADC sang thaäp phaân baèng caùch nhaân vôùi 2000/2048, soá nhaän ñöôïc laø 10 laàn nhieät ñoä thöïc, sau khi tính toaùn theo thuaät toaùn ñieàu khieån ta chia keát quaû cho 10, soá naøy goïi laø v töông öùng tyû soá tON/2; giaû söû löôïng töû 10 bit ta seõ duøng moät boä ñeám 10 bit vôùi taàn soá nhòp 1023/2 Hz, nhaân v vôùi 1023 vaø laáy phaàn nguyeân ta seõ ñöôïc soá töø 0 ñeán 1023 duøng ñieàu khieån boä ñeám taïo xung chu kyø 2s vaø beà roäng töø 0 ñeán 2s ñieàu khieån SSR. Duøng Simulink cuûa Matlab khaûo saùt ta ñöôïc keát quaû sau, khoâng coù khaâu giôùi haïn (H1).





299

H1a H1b





300

Ta nhaän thaáy ñaùp öùng coù voït loá lôùn vaø tín hieäu ñieàu khieån coù phaàn aâm, phaàn döông vöôït quaù 1. Taêng TI leân 90s vaø giaûm Kp coøn 0.03 ñaùp öùng ra toát hôn (H2). H2 Baây giôø theâm khaâu giôùi haïn 0,1, tín hieäu ñieàu khieån seõ bò giôùi haïn thôøi gian xaùc laäp keùo daøi (h3). H3





301

Ñeå khaéc phuïc ta theâm khaâu antiwindup vôùi tt=0,5s, caùc thoâng soá khaùc khoâng ñoåi (H4). H4 Keát quaû thu ñöôïc raát toát (H5). H5 Sau ñaây ta chuyeån qua khaûo saùt vaán ñeà ñieàu khieån vaän toác vaø vò trí duøng ñoäng cô servo, laø ñoái töôïng coù quaùn tính thaáp vaø thöôøng gaëp trong coâng nghieäp.





302

9.6.Boä phaän chaáp haønh vaø truyeàn ñoäng ñieän. Ñoäng cô servo vaø ñieàu khieån vò trí 9.6.1.1. Khueách ñaïi

-Khueách ñaïi op-amp coâng suaát.

-Khueách ñaïi servo.

-Nguoàn cung caáp laäp trình ñöôïc.

-Kyõ thuaät ñieàu roäng xung. Moät kyõ thuaät thoâng duïng ñeå ñieàu khieån möùc coâng suaát ôû

kilowatt vaø cao hôn laø ñieàu roäng xung PWM (pulse width modulation). Trong kyõ thuaät

naøy, ñieän aùp ngoõ ra ñöôïc chuyeån giöõa hai giaù trò haèng soá ôû taàn soá cao, tieâu bieåu taàm

kilohertz (Khz). Ñieän aùp trung bình ñöôïc ñieàu khieån baèng caùch thay ñoåi (ñieàu cheá) ñoä

roäng xung, coøn chu kì xung khoâng ñoåi. Xung “heïp” daãn ñeán giaù trò thaáp vaø xung “roäng”

daãn ñeán keát quaû cao ôû ñieän aùp trung bình. Maïch PWM ñöôïc xaây döïng quanh phaàn ñieàu

khieån coâng suaát baèng chuyeån maïch traïng thaùi cöùng nhö laø transistor, MOSFET coâng

suaát vaø SCR. Nhöõng chuyeån maïch ñieän töû naøy baät vaø taét coâng suaát nay ñuû.

U(t)

Umax Ton

Toff t

T T

Hình 9.21: Giaûn ñoà xung

Ta goïi ñoä roäng xung töông ñoái cuûa chuoãi xung laø offon

on

TTTD+

=

Bieân ñoä ñieän aùp cuûa chuoãi xung laø Umax.

Giaù trò hieäu duïng trung bình cuûa chuoãi xung xung vuoâng:

maxmax. xUTT

TUDuoffon

on

+==

Nhö vaäy, vôùi ñieän aùp Umax khoâng thay ñoåi, khi ñoä roäng xung thay ñoåi laøm cho ñieän aùp

ngoõ ra trung bình thay ñoåi. Ta aùp duïng phöông phaùp naøy ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô

DC.





303

Tín hieäu PWM ngaøy caøng ñöôïc duøng nhieàu ñeå laùi boä truyeàn ñoäng lieân tuïc nhö

ñoäng cô moät chieàu, servo thuûy löïc vaø ñoäng cô xoay chieàu. Neáu taàn soá chuyeån maïch cuûa

boä khueách ñaïi PWM laø ñuû cao lieân quan tôùi haèng soá thôøi gian boä truyeàn ñoäng thì tín

hieäu seõ ñaït trung bình quanh moät soá giaù trò, Ñieàu naøy laø chaúng haïn tröôøng hôïp heä thoáng

nhieät cho boàn nöôùc (hình ). Coâng suaát loø nhieät ngoõ vaøo laø chuyeån maïch giöõa zero vaø

giaù trò cöïc ñaïi, daãn ñeán keát quaû coâng suaát trung bình naøo ñoù maø cho pheùp nhieät ñoä nöôùc

dao ñoäng chuùt ít quanh giaù trò coá ñònh. Neáu taàn soá chuyeån maïch laø ñuû cao lieân quan ñeán

haèng soá thôøi gian cuûa heä thoáng boàn nöôùc thì thay ñoåi nhieät ñoä laø khoâng ñaùng keå.

Coâng suaát ra loø nhieät

on

off t

Nhieät ñoä nöôùc

T

Hình 9.22: Söû duïng ñieàu khieån on/off cho heä thoáng nhieät ñoä.

9.6.1.2. Ñieàu khieån vò trí vaø vaän toác





304

Ñoäng cô Taûi

Vò trí ñaët Toác ño ñaët Moment ñaët

+ + +

Hình 9.23: Sô ñoà caáu truùc cuûa heä thoáng ñieàu khieån servo vò trí.

Tín hieäu höôùng (choïn cöïc tính DAC)

Toác ñoä ñaët KÑ im Ñoäng cô DC

Toác ñoä tachometer

Xung taêng vò trí

Hoài tieáp vò trí encoder

Soá Töông töï

Hình 9.24: Troän laãn voøng laëp ñieàu khieån servo soá vaø töông töï.

Ñieàu khieån vò trí

Ñieàu khieån toác ñoä

Ñieàu khieån moment

-1

-1

-1

Output port Boä

ñeám leân/xuoáng + -

ÑK vò trí

DAC

-1





305

Ñeå hieän thöïc vò trí cho caùnh tay robot, maùy coâng cuï, oå ñóa maùy tính hay cô cheá servo

naøo khaùc thì heä thoáng ñieàu khieån hoài tieáp ñöôïc aùp duïng tôùi ñoäng cô. Caáu truùc cuûa heä

thoáng ñieàu khieån vò trí ñöôïc minh hoïa ôû hình 2 vaø gioáng nhau baát chaáp loaïi ñoäng cô.

Vò trí goùc ñöôïc ño baèng caûm bieán (thí duï encoder hay tachometer) vaø ñöôïc so

saùnh vôùi giaù trò vò trí ñaët tröôùc (setpoint) maø maùy tính taùc ñoäng. Töø sai soá vò trí boä ñieàu

khieån tính toaùn vaän toác phaûi thay ñoåi bao nhieâu ñeå hieäu chænh vò trí. Vaän toác goùc mong

muoán (vaän toác tham chieáu) ñöôïc so saùnh vôùi toác ñoä thöïc.

Ñoäng cô phaûi taïo rat hay ñoåi veà moment laùi ñeå coù ñöôïc vaän toác goùc khaùc.

Moment ñoäng cô caàn thieát ñöôïc tính toaùn bôûi boä ñieàu khieån toác ñoä. Giaù trò naøy laïi ñöôïc

so saùnh vôùi moment thöïc teá (chuùng ta thaáy laø moment ñöôïc ño thoâng qua doøng rotor).

Boä ñieàu khieån moment chöùa moâ hình ñoäng hoïc ñoäng cô vaø tính toaùn ñieän aùp caàn thieát

ñeå taïo ra moment. Boä ñieàu khieån moment thöôøng ñöôïc trang bò baèng thieát bò ñieän töû

coâng suaát maø coù theå taïo ra ñieän aùp vaø taàn soá mong muoán.

Ñieàu khieån vò trí chöùa ba voøng laëp, voøng laëp moment, toác ñoä vaø vò trí vaø ñöôïc

goïi laø heä thoáng ñieàu khieån cascade (noái tieáp). Caáu truùc ñieàu khieån naøy ñöôïc thaûo luaän

trong chöông 9. Nhieàu boä phaän chaáp haønh taïo ra vaän toác thay vì vò trí. Khi voøng laëp vò

trí ñöôïc gôõ boû thì toác ñoä tham chieáu ñöôïc nhaäp tröïc tieáp bôûi maùy tính ñieàu khieån.

Neáu heä thoáng ñieàu khieån ñöôïc thöïc hieän baèng kyõ thuaät töông töï thì maùy tính göûi

leänh vò trí servo vò trí töông töï thoâng qua DAC. Vaän toác ñöôïc ño baèng tachometer (phaùt

toác xung) vaø vò trí ñöôïc ño baèng potentionmeter (caûm bieán ñieän trôû). Moät caùch tieáp can

thöù hai keát hôïp kyõ thuaät ñieàu khieån soá vaø töông töï. (hình 3). Ñaây laø caáu truùc chuaån keå töø

thaäp nieân 1960.

Ñieàu khieån vaän toác ñöôïc thöïc hieän baèng ñieän töû töông töï trong khi voøng laëp ñieàu

khieån vò trí ñöôïc thöïc hieän baèng maùy tính. Caûm bieán vò trí –ñoäng cô laø encoder taêng maø

taïo ra soá xung coá ñònh treân voøng quay motor. Khi motor quay, moät chuoãi xung ñöôïc taïo

ra vaø toác ñoä xung laø tæ leä vôùi toác ñoä ñoäng cô. Maùy tính göûi ra xung vò trí ñöa coäng vaøo

boä ñeám, trong khi xung encoder bò tröø . Sai soá vi trí töông öùng vôùi sai leäch xung vaø

ñöôïc göûi tôùi boä chuyeån ñoåi soá-töông töï (DAC) maø chuyeån sai soá vò trí thaønh ñieän aùp;





306

ñieän aùp naøy trôû thaønh giaù trò vaän toác tham chieáu. Tôùi maùy tính giao tieáp naøy gioáng nhö

cuûa ñoäng cô böôùc.

9.6.1.3. Ñoäng cô böôùc

Ñoäng cô böôùc laø boä truyeàn ñoäng ñieän taêng maø ñöôïc laùi trong söï gia taêng goùc coá ñònh

(goïi laø böôùc-step). Moãi böôùc quay laø ñaùp öùng cuûa rotor ñoäng cô tôùi moät xung vaøo. Vì

moãi böôùc cuûa ñoäng cô ñöôïc ñoàng boä vôùi xung töø leänh maùy tính neân vieäc ñieàu khieån ñôn

giaûn. Tuy nhieân, ñieàu naøy giaû söû raèng vò trí motor ñöôïc ñònh nghóa toát bôûi xung ( khoâng

coù böôùc naøo bò boû qua ) ñeå maø hoài tieáp töø vò trí goùc motor (ñieàu khieån voøng hôû) laø caàn

thieát. Xung maát ñi coù theå laø moät vaán ñeà döôùi ñieàu kieän quaù ñoä cao gaàn moment ñöôïc

tính. Vì vaäy ñieàu khieån hoài tieáp ñöôïc duøng ñeå buø sai soá ñoäng cô. Boä ñieàu khieån vò trí

taïo ra chuoãi xung phuø hôïp ñeå ñieàu khieån ñoäng cô.

Moät soá thuaän lôïi cuûa ñoäng cô böôùc laø:

. Chính xaùc cao cuûa chuyeån ñoäng thaäm chí döôùi ñieàu khieån voøng hôû.

. Deã thöïc hieän trong öùng duïng soá.

. Khoâng caàn coå goùp cô khí.

Moät soá khuyeát ñieåm cuûa ñoäng cô böôùc laø:

.Khaû naêng moment thaáp so saùnh vôùi ñoäng cô truyeàn ñoäng lieân tuïc.

. Toác ñoä giôùi haïn.

. Möùc dao ñoäng cao vì chuyeån ñoäng töøng böôùc moät.

. Sai soá lôùn vaø dao ñoäng nhö laø keát quaû cuûa xung bò maát trong ñieàu khieån voøng hôû.

Coù nhieàu öùng duïng vôùi ñoäng cô böôùc ñeå maø chuùng ñöôïc duøng raát nhieàu trong öùng duïng

coâng suaát nhoû.

9.6.1.4. Ñoäng cô moät chieàu

Ñaëc tính ñieän vaø cô khí cuûa ñoäng cô moät chieàu (DC motor) ñöôïc moâ taû.

Thí duï: Ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp

Ñoäng cô moät chieàu laø hình thöùc ñaàu tieân cuûa ñoäng cô ñieän. Noù chuyeån naêng löôïng ñieän

moät chieàu thaønh naêng löôïng cô. Sô ñoà cuûa ñoäng cô ñöôïc minh hoïa ôû hình .

Coù hai töø tröôøng nam chaâm trong ñoäng cô. Töø tröôøng phaàn caûm ñöôïc taïo ra bôûi

hoaëc laø nam chaâm vónh cöûu hoaëc laø nam chaâm ñieän, trong ñoù nguoàn ñieän aùp ñoäc laäp





307

ñöôïc noái vôùi cuoän daây xung quanh cöïc phaàn caûm (stator). Ñeå ñôn giaûn, chuùng ta giaû söû

töø tröôøng phaàn caûm laø khoâng ñoåi theo thôøi gian. Khi ñieän aùp ñaët vaøo maïch phaàn öùng

(rotor) thì moät töø tröôøng nam chaâm phaàn öùng ñöôïc taïo ra.

Hình 9.25: Sô ñoà khoái ñoäng cô DC vaø sô ñoà ñieän cuûa maïch phaàn öùng.

Quaán daây ñöôïc saép xeáp sao cho töø tröôøng phaàn öùng luoân vuoâng goùc vôùi töø

tröôøng phaàn caûm. Khi hai töø tröôøng taïo thaønh moät goùc, giöõa chuùng seõ coù keát quaû moät

moment maø laøm chuùng song song nhau. Khi rotor quay ñeå mang laïi töø tröôøng nam

chaâm cuûa noù song song vôùi töø tröôøng phaàn caûm, thì quaán daây cuûa phaàn öùng chuyeån

maïch cô khí bôûi coå goùp. Keát quaû laø höôùng töø tröôøng phaàn öùng bò giöõ coá ñònh trong

khoâng gian vaø vuoâng goùc töø tröôøng phaàn caûm. Nhö vaäy, moment laø gioáng nhau cho taát

caû goùc phaàn öùng.

Moment ñöôïc taïo ra bôûi ñoäng cô thì tæ leä vôùi cöôøng ñoä töø thoâng phaàn caûm vaø doøng ñieän

phaàn öùng. Vì töø thoâng phaàn caûm laø haèng soá trong ví duï naøy, neân moment ñoäng cô laø

ikT mm =

trong ñoù km laø haèng soá ñoäng cô. Vôùi moment taûi TL phaàn cô khí ñöôïc moâ taû bôûi

Lm TkdtJd

−=)( ϖ (9-31)

trong ñoù J laø moment quaùn tính toång coäng (ñoäng cô vaø taûi).

Nhö laø keát quaû cuûa quaán daây voøng quanh töø tröôøng phaàn caûm, moät söùc ñieän ñoäng caûm

öùng e ñöôïc taïo thaønh. Vôùi töø tröôøng phaàn caûm khoâng ñoåi e tæ leä vôùi toác ñoä quay ω:





308

ϖgke = (9-32)

trong ñoù kg laø haèng soá. Neáu ñôn vò laø duy nhaát thì km=kg=k. Theo ñònh luaät Lenz, töø

thoâng do söùc ñieän ñoäng e taïo ra seõ choáng laïi töø thoâng Φ do doøng ñieän goác chaïy qua

daây taïo ra.

Maïch ñieän phaàn öùng ñöôïc theå hieän baèng ñieän trôû R vaø caûm L. Giaû söû L khoâng ñoåi, luaät

töø caûm xaùc ñònh ñieän aùp chaïy qua maïch:

ϖkRivdtdiL −−= (9-33)

Moment ñoäng cô

Ñieän aùp rotor Tích phaân Tích phaân

v + i Tm ω

-TL

-Ri doøng öùng moment taûi

Cô khí

-e

söùc ñieän ñoäng toác ñoä

Maïch rotor

Hình 9.26: Sô ñoà khoái ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp

Ñoäng cô DC raát thoâng duïng nhö laø servomotor , thaäm chí ngaøy nay noù bò thaùch thöùc bôûi

ñoäng cô xoay chieàu (AC motor). Coå goùp laø khuyeát ñieåm thöïc söï maø giôùi haïn coâng suaát

vaø toác ñoä ñoäng cô dc. Ñieàu naøy ñöôïc khaéc phuïc trong ñoäng cô dc khoâng choåi than ,

chính laø ñoäng cô dc rotor( phaàn öùng) töø vónh cöûu trong ñoù coå goùp ñöôïc thay baèng

chuyeån maïch ñieän töû cuûa doøng stator (phaàn caûm). Veà khaùi nieäm, ñoäng cô dc khoâng choåi

L1

∫ k

J1 ∫

-R

-k





309

than laø loaïi gioáng vôùi ñoäng cô böôùc vaø moät soá loaïi ñoäng cô ac ñoàng boä. Ñoäng cô dc seõ

ñöôïc xem xeùt trong öùng duïng ñieàu khieån ôû muïc 9.8.2.

Ñieàu khieån ñoäng cô dc ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñieàu khieån ñieän aùp cung caáp

cho rotor vaø (thænh thoaûng) maïch töø tröôøng . Ñeå duøng moät bieán trôû noái tieáp vôùi nguoàn

cung caáp thì coù nhieàu khuyeát ñieåm. Noù laõng phí vaø nhieät taïo ra trong ñieän trôû phaûi ñöôïc

gôõ boû ñeå traùnh hö . Caùch thoâng thöôøng ñieàu khieån ñieän aùp cung caáp laø baèng caùch duøng

thieát bò traïng thaùi cöùng. Baèng caùch thay ñoåi thôøi gian on vaø off cuûa chuyeån maïch, ñieän

aùp cung caáp tôùi maïch ñoäng cô coù theå bò “baêm” (chopped) ñeå maø ñieän aùp trung bình ñöôïc

ñieàu khieån. Moät chuyeån maïch thoâng duïng trong ñoäng cô dc laø SCR (xem phaàn ñieàu

khieån ñoäng cô moät chieàu baèng SCR).

Khối Công suất ñieàu khieån ñoäng cô DC: duøng caàu H vaø ICL293

J2

DONG CO

12

D15DIODE

U3

L293

2

71015

19

36

11144

5

131216

8 1A

2A3A4A

1/2EN3/

4EN

1Y2Y

3Y4YGND

GND

GN

DG

ND

VC

C1

VCC2+24V

U5A

7414

1 2

147

D12DIODE

+24V

PWM

D13DIODE

D14DIODE

+24V

U5B

7414

3 4

147

+24V

+5V

Selec

Hình 9.27 – Khối công suất

Hình 9.28– Nguyên lý hoạt động của cầu H

Dựa vào nguyên lý hoạt động của cầu H bên trong IC L283, Nếu chân Enable (chân 1/2EN) không tích

cực thì động cơ không hoạt động. Nếu chân Enable tích cực thì dựa vào tín hiệu Direction 1 và 2 (chân 1A và

2A) để điều khiển chiều quay của động cơ.





310

Direction 1 Direction 2 Động cơ

0 0 Không hoạt động

0 1 Quay thuận

1 0 Quay nghịch

1 1 Không hoạt động

Theo đặt tính như bảng trên ta thiết kế mạch điều khiển như hình 3.6.

Nhiệm vụ của các IC:

– IC 7414 dùng để đảo tín hiệu select cấp vào 2 chân 1A và 2A của IC L293.

– IC L293 nhận tín hiệu điều khiển từ IC 7414 cho phép chọn chiều quay của động cơ và khuếch đại tín

hiệu PWM để điều khiển động cơ DC.

– Nhiệm vụ của cầu Diode là dập dòng cảm ứng do động cơ sinh ra nhằm bảo vệ mạch điều khiển.

IC L293

Hình 9.29 – Sơ đồ chân IC 293

IC 293 chứa bên trong 4 nữa cầu H. Mỗi nữa cầu H có thể điều khiển 1 động cơ theo

chiều quay nhất định. Ta có thể kết hợp 2 nữa cầu H thành 1 cầu H hoàn chỉnh để điều

khiển chiều quay của động cơ.





311

.

Hình 9.30– Sơ đồ khối và cách kết hợp cầu H để điều khiển động cơ

– Các thông số của IC L293:

+ Điện áp cung cấp: từ 4,5V đến 36V.

+ Điện áp ngõ ra: lớn nhất là 36V.

+ Dòng ngõ ra: 1A

+ Dòng đỉnh ngõ ra (t ≤ 5ms): 2A

+ Tầm nhiệt độ hoạt động: – 65 oC đến 150oC.

+ Điện áp điều khiển (VCC1): 4,5V, cao nhất là 7V. Mức cao từ 2,3V đến VCC1, mức

thấp từ –0.3V đến 1,5V.

9.6.1.5. Ñoäng cô AC ñoàng boä vaø baát ñoàng boä

Ñoäng cô xoay chieàu ñöôïc duøng roäng raõi nhö servomotor. Ñieàu naøy coù theå ñöôïc thöïc hieän

bôûi söï phaùt trieån cuûa ñieän töû coâng suaát vôùi caùc phöông phaùp ñieàu khieån môùi.

Giôùi thieäu bieán taàn Omron:

1/Doøng bieán taàn môùi 3G3_X: khaùch haøng töøng söû duïng bieán taàn Omron caùc doøng

3G3JV/MV/RV ñeàu ñaùnh giaù cao ñoä tin caäy cuûa caùc saûn phaåm naøy so vôùi nhieàu loaïi

khaùc coù maët treân thò tröôøng. Töø thaùng 3-2008, 3 doøng bieán taàn hoaøn toaøn môùi ñöôïc ñöa

ra thò tröôøng Vieät nam, bao goàm: 3G3JX, 3G3MX, 3G3RX. Ba doøng naøy coù nhöõng ñaëc

ñieåm noåi baät nhö sau:

-tuoåi thoï cao hôn haún vôùi linh kieän cao caáp (tuï, quaït..) (doøng RX).





312

-Tieát kieäm naêng löôïng vaø tuoåi thoï ñoäng cô. (doøng JX vaø RX).

-Ñaùp öùng tieâu chuan RoHS khoâng söû duïng 6 chaát ñoäc haïi trong saûn phaåm (baûo veä moâi

tröôøng).

-Ñaùp öùng moïi yeâu caàu öùng duïng phöùc taïp.

-Laép ñaët, söû duïng deã daøng, baûo trì thuaän tieän.

-Thuaät toaùn ñieàu khieån PID.

-Khoaûng caùch laép ñaët saùt nhau khoâng can khoaûng caùch toái thieåu 30mm (doøng JX, MX).

-Chöùc naêng döøng khan caáp (JX, RX).

-Coù saün loïc nhieãu voâ tuyeán ñieän.

-Nhieàu chöùc naêng môùi ñöôïc ñöa vaøo nhaèm giaûm thieåu giaù thaønh toång theå cho khaùch

haøng.

2/Doøng ñieàu khieån servo môùi SmartStep2 vaø Omnuc G:

SmartStep2 laø theá heä thöù ba cuûa doøng SmartStep, vôùi nhöõng ñaëc tính:

-Nhoû goïn, coâng suaát töø 50W-400W.

-Caøi ñaët vaø theo doõi thoâng soá deã daøng baèng baøn phím hoaëc CX-Drive.

-Ngoõ ra encoder coù theå caøi ñaët tuøy yù töø 1-2500 xung/voøng giuùp kieåm tra vò trí töø

controller.

-Toác ñoä ñoïc xung lean tôùi 500 Khz vaø boä nhaân xung söû duïng khi controller coù toác ñoä

xuaát xung thaáp.

-Choáng rung, chöùc naêng giôùi haïn torque.

-Ñoäng cô töông thích vôùi loaïi OMNUC G.

Coøn Omnuc G laø doøng servo cao caáp môùi nhaát.

9.6.2. Cô caáu chaáp haønh nhò phaân

9.6.2.1. Relay

9.6.2.2. SCR

9.6.2.3. Triac

TRIAC BTA12

Dùng đóng mở góc dẫn của lò khi có xung kích cực G , dòng sẽ dẫn

từ A1 xuống A2





313

Hình 9.31 Sơ đồ chân và cấu tạo trong BTA12

Bảng 9.4: thông số hoạt động của BTA12





314

9.6.3. Truyeàn tín hieäu

a. Gia coâng tín hieäu duøng Op-amp

Khueách ñaïi thuaät toùan:

+Vs

Vi- -

Vi+ + Vo

-Vs

Op-amp coù ngoõ vaøo ñaûo (Vi-) , ngoõ vaøo khoâng ñaûo (Vi+) vaø ngoõ ra Vo. Heä soá khueách

ñaïi laø G. Ñieän aùp ngoõ ra :

)(0−+ −= ii VVGV

Maïch khueách ñaïi ñaûo:

G=1

20

RR

VV

i

−=

Maïch ñeäm: Maïch ñeäm khoâng ñaûo duøng taêng trôû khaùng vaøo, giaûm toång trôû ra, ñoä khueách ñaïi laø 1.

-

Vi + Vo





315

Maïch khueách ñaïi tröø:

R4

R

R2

R

R3

R

VCC

Vi1

-VCC

Vi2

+

-

U1

UA741

3

26

7 14 5R1

R

V0

trong ñoù giaû thieát ta choïn R1=R4, R2=R3. Khí ñoù ñieän aùp ra:

)( 121

20 ii VV

RRV −=

b. Caùp:

-Caùp ñoàng truïc (coatxial cable)

-Caùp xoaén (twisted pair cable)

c. Noái ñaát tín hieäu (signal grounding)

Toùm ta ét: Truyeàn ñoäng (Actuators)

-truyeàn ñoäng ñieän, thuûy löïc vaø khí neùn.

-Cuoän day, rôø le, SCR, Triac, ñoäng cô (DC, AC, Stepping). Boä chuyeån ñoåi doøng ra aùp

suaát. Van, boä ñieàu khieån khoái löôïng-doøng (Mass-Flow controller).

9.7. Ñieàu khieån soá baèng maùy tính CNC 9.7.1.Tổng quan về NC : xem [3]

-Sự phaùt triển của NC : NC (numerical control) laø daïng ñaëc bieät cuûa töï ñoäng hoùa. Cuï theå, coâng cuï maùy töï

ñoäng ñöôïc laäp trình ñeå thöïc hieän moät chuoãi söï kieän saép ñaët ôû moät toác ñoä xaùc ñònh tröôùc ñeå taïo ra maãu vôùi keát quaû mong muoán vaø thoâng soá vaät lí.

-Truïc NC Maùy coäng cuï goàm toå hôïp caû truïc tuyeán tính vaø quay. Ñeå ñieàu khieån caùc truïc naøy, moãi NC caàn : .Heä thoáng ño –daãn ñöôøng ñieän töû. . Heä thoáng truyeàn coù theå ñieàu khieån ñöôïc baèng soá.

-Phần cứng





316

Phaàn cöùng taïo neân CNC bao goàm coù boä vi xöû lí (16/32 bit) vaø maïch tích hôïp(IC). Moät soá ñieàu khieån tích hôïp vi maïch VLSI ñeå ñaùp öùng nhu caàu cuï theå cuûa khaùch haøng vaø giaû thieát chuùng ñöôïc yeâu caàu vôùi soá löôïng lôùn. CHuùng yeâu caàu goïn nheï, tin caäy vaø deã baûo trì. Ngoaøi boä vi xöû lí, CNC coøn coù moñun boä nhôù ñieän töû, moät boä phaän quan troïng.

-Phần mềm Boä ñieàu khieån NC hieän ñaïi ñöôïc xem nhö laø maùy tính chuyeân duïng cho ñieàu khieån maùy coâng cuï hay robot. Gioáng nhö maùy tính , NC caàn heä ñieàu haønh , phaàn meàm heä thoáng. Phaàn meàm ñöôïc thieát keá cho maùy cuï theå ñeå ñieàu khieån, bôûi vì ñoäng hoïc vaø tính chaát laøm vieäc chung cuûa moãi maùy laø duy nhaát. Phaàn meàm ñieàu khieån taát caû chöùc naêng cuûa maùy vaø hieäu quaû hoaït ñoäng vaø quaûn lí taát caû laäp trình cuïc boä ôû maùy coâng cuï vaø moâ phoûng ñoà hoïa cuûa quaù trình caétt neáu coù theå. Boä ñieàu khieån hieän taïi tích hôïp ngoân ngöõ laäp trình gioáng PASCAL hay BASIC.

-Chế ñộ ñiều khiển . Ñieàu khieån ñieåm-ñieåm. .Ñieàu khieån ñöôøng thaúng. .Ñieàu khieån theo hai truïc. .Ñieàu khieån theo ba truïc.

-Loại nội suy . Noäi suy tuyeán tính. . Noäi suy voøng troøn. . Noäi suy parabol. . Noäi suy spline.

-Laøm việc với bộ ñiều khiển maùy NC -Chương trình từng phần. .Khuoân maãu chöông trình: Thí duï cuûa moät khoái chöông trình cho hoaït ñoäng ñieàu khieån ñöôøng ñi lieân tuïc 3 truïc: N4, G2, X±43, Y± 43, Z± 43, I4.3, J4.3, K4.3, F7, S4, T2, M2, $. . Haøm chieàu vaø phuï. .Chieàu taêng vaø tuyeät ñoái. -Thiết bị nhập dữ liệu .Ñaàu ñoïc baêng. .Baøn phím. .Caùt-xeùt baêng töø. . Ñóa töø. . Ñieàu khieån soá tröïc tieáp DNC. . Phöông phaùp daïy. . Giao tieáp.





317

Hình 9.32: Giao tieáp tieâu bieåu cuûa maùy CNC hieän ñaïi

-Hiển thị trực quan Caâu hoûi 1. Söï khaùc nhau cô baûn giöõa NC vaø CNC laø gì? 2.Caùc thaønh phaàn chính taïo neân heä thoáng CNC hieän ñaïi laø gì? 3. Moâ taû caùc loaïi moñun ñieän töû ñöôïc duøng trong boä ñieàu khieån NC cho löu tröõ boä nhôù. 4.Heä ñieàu haønh cuûa NC laø gì vaø caùc haøm chöùc naêng chính?





318

5.Moâ taû 4 cheá ñoä ñieàu khieån duøng trong NC. 6. Töø “noäi suy” trong ngöõ caûnh NC laø gì?Moâ taû ngaén goïn ít nhaát 3 phöông phaùp noäi suy. 7. Cho moät ví duï veà khoái chöông trình NC tieâu bieåu, giaûi thích yù nghóa moãi töø phaàn töû maø baïn duøng.

9.5.2.Điều khiển số bằng maùy tính CNC -Từ NC ñến CNC

CNC (Computer Numerical Control) laø NC keát hôïp vôùi maùy vi tính . command Feedback

NC Maùy coâng cuï (Machine tool)





319

Hình 9.33. So saùnh giöõa NC/CNC. Theâm vaøo chöùc naêng ñieàu khieån thuaàn tuùy, CNC coù khaû naêng haøm môû roäng

Tuy nhieân maùy CNC hieän ñaïi laø khaùi nieäm ñieàu khieån môùi hoaøn toaøn (hình )





320

Hình 9.34 : Phaùt trieån töø ñieàu khieån phaàn cöùng tôùi phaàn meàm. -Thiết kế bộ ñiều khiển Khi nhaø saûn xuaát CNC phaùt trieån moät ñieàu khieån môùi, coâng vieäc ñaàu tieân vaø quan

troïng nhaát laø phaân chia chöùc naêng giöõa phaàn cöùng vaø phaàn meàm trong moät caùch ñeå ñaït ñöôïc yeâu caàu coù theå toát nhaát giöõa yeâu caàu sau:

. Giaù thaønh thaáp.

.Thieát keá goïn.

. Tính linh hoïat.

.Xöû lyù toác ñoä cao.

. Khaû naêng môû roäng vaø thích nghi.

. Ñeã hoaït ñoäng vaø baûo trì. Tuøy thuoäc vaøo söï quan troïng ñöa ra (ñieàu khieån môùi) hai tieáp can CNC khaùc nhau

laø : 1/ CNC laép raùp baûng goïn nheï, duy nhaát, reû tieàn, saûn xuaát baèng soá löôïng, vôùi khaû naêng môû roäng giôùi haïn. 2/ Heä thoáng CNC coù theå môû roäng, ñaét tieàn, tôùi môû roäng laäp trình raát lôùn maø khoâng coù thoâng minh beân ngoaøi. Boä nhôù : EPROM, RAM, Bubble memory.

-Maùy vi tính vaø NC Theo caùc nhieäm vuï coå ñieån ñieàu khieån di chuyeån töông ñoái giöõa coâng cuï vaø maãu saûn phaåm, phaïm vi chöùc naêng hoaït ñoäng so vôùi NC tröôùc ñaây, ñaõ coù môû roäng tính naêng CNC tieâu bieåu: .Maøn hình hieån thò taùc vuï vaø chaån ñoaùn. . Boä nhôù chöông trình cho nhieàu chöông trình. .Khaû naêng soaïn chöông trình ôû maùy coâng cuï. .Ngoõ ra chöông trình tôùi boä nhôù ngoaøi. . Hoaït ñoäng maùy coâng cuï thoâng qua ñoái thoaïi. . Chöùc naêng baûo maät ñöôïc taêng cöôøng.

-Giải phaùp cho vấn ñề CNC tieâu bieåu 1/Loãi ñoïc 2/Ño löôøng daãn ñöôøng laäp trình sai. 3/Veát caét ñeå laïi do loãi ñoïc. 4/Toác ñoä naïp quaù cao. 5/Thay ñoåi truïc. 6/Ngoõ vaøo cuûa giaù trò buø coâng cuï. 7/Ñoä chính xaùc. 8/Ñöôøng daãn hoaït ñoäng. 9/Söûa chöông trình vaø soaïn thaûo. 10/Pocket milling. 11/Buø cheùo ngöôïc .





321

12/ Heä soá môû roäng. 13/Khôûi ñoäng laïi veát caét treân profile coâng vieäc. 14/Ño löôøng töï ñoäng. 15/Chia nhoû cuûa phaàn giöõ coâng cuï. 16/Quaûn lí cuûa coâng cuï chò em. 17/Xaùc ñònh chieàu daøi coâng cuï töï ñoäng. 18/Naïp choàng CNC baûng hoaït ñoäng. 19/Laäp trình vôùi söï trôï giuùp cuûa maøn hình hieån thò. 20/Doø loãi vaø phaân tích. 21/Machining of sloping surface. 22/ Ñieàu khieån truïc NC buø. 23/Thôøi gian chu kì khoái döõ lieäu. Giôùi thieäu maùy NC vaø CNC: -Ñôn vò ñieàu khieån cho maùy ñieàu khieån soá NC, SINUMERIK 805. -Maùy CNC ñôøi môùi cuûa GE fanuc automation series 18,2 li kích côõ maùy tính xaùch tay coù boä ñieàu khieån CNC 32 bit lieàn khoái vôùi maøn hình LCD maøu 10”, vaø baøn phím, cho pheùp ñieàu khieån taùm truïc trong ñoù boán truïc ñoàng thôøi. Chöông trình coù theå ñöa vaøo qua card nhôù PCMcia, ngoaøi ra coøn coù moät maùy tính Pentium gaén lieàn vôùi boä ñieàu khieån kích côõ theû tín duïng. Coù theå noái vôùi maùy tính beân ngoaøi qua USB hay COM. Caâu hoûi: 1.Caùc tính chaát ñaëc tröng söï khaùc nhau giöõa NC vaø CNC laø gì? 2.Taïi sao maùy CNC ngaøy nay hoaøn toaøn theá choã NC trong maùy coâng cu ? 3. Yeâu caàu chính cuûa ñôn vò CNC ñöôïc thieát keá toát laø gì ? 4.Moñun boä nhôù ñieän töû chính thöôøng duøng cho löu tröõ döõ lieäu CNC laø gì? 5. Keå ra caùc phöông phaùp kieåm tra chöông trình cho sai soùt ngoõ vaøo döõ lieäu. 6. Buø coâng cuï laø gì?





322

9.8. THÍ DUÏ VEÀ ÑO LÖÔØNG VAØ ÑIEÀU KHIEÅN BAÈNG MAÙY TÍNH 9.8.1. Heä thoáng ñieàu khieån nhieät ñoä

9.8.1.1.Ño vaø ñieàu khieån nhieät ñoä duøng maùy tính PC

Card giao tieáp caém vaøo raõnh caém ISA cuûa maùy tính Pentium 2

Sô ñoà khoái:

Hình 9.35

Sô ñoà maïch :





323

H9.36

Giaûi thuaät :

Hình 9.37

Chöông trình :

PROGRAM BESTOFME;

uses crt,graph;

var gd,gm:integer;





324

A,b,x,y,t,i:integer;

kenh1,kenh2:real;

begin

gd:=vga;

gm:=vgahi;

initgraph(gd,gm,'d:\bp\bgi');

if graphresult <> grok then halt;

doc gia tri ben ngoai vao

port[$277]:=$90;

xuat xung start

port[$276]:=0;

port[$276]:=1;

delay(1);

port[$276]:=0;

delay(100);

repeat

setbkcolor(1);

setcolor(14);

settextStyle(10,horizdir,2);

outtextxy(30,20,'TRUONG CAO DANG CONG NGHIEP 4');

setcolor(3);

settextstyle(10,0,1);

outtextxy(100,70,'KHOA DIEN TU - TU DONG HOA');

setcolor(14);

setlinestyle(0,0,3);

line(260,120,380,120);

setcolor(7);


outtextXY(210,130,'DO AN TOT NGHIEP');

setcolor(10);





325

settextstyle(sansseriffont,horizdir,2);

outtextxy(20,300,'GVHD:HUYNH MINH NGOC');

outtextxy(300,300,'SVTH:NGUYEN VO SON BINH');

outtextxy(300,320,' NGUYEN KIM VUONG BANG');

outtextxy(300,340,' BUI VAN HIEU');

outtextxy(300,360,' NGUYEN MINH DUC');

outtextxy(300,380,' HO THANH SU');

setcolor(12);

settextstyle(1,horizdir,3);

outtextxy(60,180,'CHUONG TRINH DIEU KHIEN NHIET DO DA KENH');

setcolor(15)

settextstyle(0,horizdir,1);outtextxy(80,430,'nhap phim "b" de bat dau nhap phim

"T" de thoat');

if readkey = 't' then halt;

until readkey ='b';

setgraphmode(VGAHi);

setbkcolor(1);

repeat

setcolor(14);


outtextxy(95,20,'CHUONG TRINH DIEU KHIEN NHIET DO DA KENH');

setcolor(2);


outtextxy(30,80,'Nhan "n" de dat nhiet do, 2 lan "n" de dat lai');

outtextxy(300,430,'Nhap phim "t" de thoat chuong trinh');

setcolor(15);


outtextxy(30,200,'Nhiet do hien tai kenh 1:');


outtextxy(30,380,'CHU THICH');






326


outtextxy(30,420,'Nhiet do dat cho kenh 1:');

outtextxy(30,430,'Nhiet do dat cho kenh 2:');

setcolor(11);

line(230,430,280,430);

setcolor(14);

line(230,440,280,440);

setcolor(15);

line(230,410,280,410);

setcolor(4);

line(230,420,280,420);

if readkey = 'n' then

setcolor(15);

outtextxy(30,110,'Dat kenh 1:');

gotoxy(16,8);

read(a);

outtextxy(30,125,'Dat kenh 2:');

gotoxy(16,9);

read(b);

a:=350-(a*20 div 10);

b:=350-(b*20 div 10);

repeat

x:=300;

setfillstyle(1,7);

bar(300,150,600,350);

setcolor(15);

line(300,150,300,350);

line(300,350,600,350);

outtextxy(290,120,'oC');

outtextxy(275,140,'100');





327

outtextxy(280,340,'0');

outtextxy(280,180,'80');

outtextxy(280,220,'60');

outtextxy(280,260,'40');

outtextxy(280,300,'20');

setcolor(11);

line(300,a,600,a);

setcolor(14);

line(300,b,600,b);

for x:=300 to 600 do

begin

for i:=1 to 2 do

begin

if i=1 then

begin

port[$275]:=$0;

kenh1:=port[$274]*100/255;

y:=round(kenh1) ;

y:=350-(y*20 div 10);

putpixel(x,y,15);

end;

if i=2 then

begin

port[$275]:= $1;

kenh2:=port[$274]*100/255;

t:= round(kenh2) ;

t:=350-(t*20 div 10);

putpixel(x,t,4);

end;

end;





328

if kenh1 >= a then

if kenh2 >= b then port[$276]:= $C0

else port[$276]:= $40

else

if kenh2 >=b then port[$276]:= $80;

delay(50);

end;

until keypressed;

until readkey ='t';

closegraph;

end.

Taøi lieäu tham khaûo : 1. Ñoà aùn toát nghieäp, Ñieàu khieån nhieät ñoä ña keânh duøng maùy tính , Sinh vieân :Nguyeãn Voõ Sôn Bình, Nguyeãn Kim Vöông Baèng,Buøi Vaên Hieáu, Nguyeãn Minh Ñöùc, Hoà Thanh Söû, lôùp CÑÑT2,Khoaù 2000-2003, ÑHCN Tp. HCM. 9.8.1.2.Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ phoøng duøng vi xöû lí Xem [10], trang 538-551. Sô ñoà khoái :

Hình 9.38 Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ loø ñieän duøng vi xöû lí AT89C51

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG:

1. Sơ đồ khối

Caûm bieán nhieät ñoä


Bieán ñoåi A/D

Heä thoáng Vi xöû lí

Maïch ñieàu khieån


Ñieàu hoøa khoâng khí


Loø nhieät





329

2. Giải thích nguyên lý từng khối

o Cảm biến để thu thập các giá trị của các đại lượng vật lý của môi

trường.

o Các mạch khuyếch đại và điều chỉnh: do giá trị của đầu ra các cảm

biến thường nhỏ so với bộ chuyển đổi ADC của hệ thống vì thế cần

có mạch khuyếch đại và chuyển đổi cho thích hợp với các mạch

chuyển đổi.

o Mạch chuyển đổi ADC: do các tín hiệu đầu ra của cảm biến là các tín

hiệu tương tự không thích hợp để đưa vào các mạch số để xử lý. Vì

thế cần phải có mạch ADC để chuyển đổi từ tương tự sang số để các

vi mạch số có thể hiểu và xử lý được.

o Vi điều khiển: bởi vì các thông tin về môi trường ta thu thập được

sau khi được mã hoá thành các tín hiệu số cần phải được chuyển về

máy tính để xử lý. Đồng thời các lệnh mà máy tính đưa ra cũng

không thể trực tiếp tác động tới đối tượng điều khiển cần thiết. Vì thế

phải có một mạch trung gian làm những việc này.

o Khối hiển thị LCD dùng để hiển thị nhiệt độ đo và nhiệt độ cài đặt

lên LCD





330

o Khối chấp hành: dùng để đóng mở lò, quạt.

3.Sơ đồ nguyên lý

Y112MHz

D2

DK0

U4A

7414

1 2

-

+

U6

OP-07

3

26

7 14 8

VCC

RS

REF+

SW2

RESET

D7

A0

VCC

D5

LED

A1

D2

RW

A3

A6

VCC

D6

D1

RXDVCC

VCC

VCC

D7

1N4007

D3A2

R1439K

DK0

R13

10K

R520K

U2

ADC0809

10

97

171415818192021

622

11

13

12

16

26272812345

25

2423

CLK

OEEOC

D0D1D2D3D4D5D6D7

STARTALE

VCC

GND

REF+

REF-


A0

A1A2

U17805

1 3

2

VIN VOUT

GN

D

-

+

U5

OP-07

3

26

7 14 8

A1

A4

R3

150

TXD

R6

10K

1

23456789 D7

RW

C4104

DK1D4

LED

C1470uF

D2

D3

-

+

U7

OP-07

3

26

7 14 8

D6

C12

10uF

D2

1N4007

A7

J4

LCD 16x2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

RXD

SW1

ON/OFF

1 212VDC

-VCC

-VCC

C7

104

D4

C5

104

VCC

VCC

A3A5

C6

104

VCC

VR3

20K

VR2

20K

C3103

C2104

CLK

C14

10uF

EN

ISO2PC817

12

34

R9 39K

R8100

DK1

D3

ISO1PC817

12

34

LS2

RELAY 5

35

412

- +

D1

BRIDGE 1A

1

4

3

2

J6

LM335

123

VCC

D0

C11

104

VCC

VCC

CLK

R4

150

C9

33

D5

D4

A4 U4B

7414

3 4

D7

A6

U3

AT89C51

9

18

19

20

2930

3140

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RST

XTAL2

XTAL1

GND

PSENALE/PROG

EA/VPPVCC

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1

P3.4/T0P3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7

VCC

12VDC

R108K2

D8

1N4007

EN

D0

D6

LED

VCC

TXD

D4

J2

QUAT

12

In0

R121K2

R11

10K

12VDC

D1R7

100

J3

LO NHIET

12

D6

D5

ADC0

LS1

RELAY 5

35

412

J1

12VAC

12

In0

STARTA5

A7

D3

1N4007

VCC

C1310uF

ADC0

A0

C8

104

R1

12_2W

VCC

D1

J5

CON4

1234

D0

RS

R2

330

A2

START

D5

C1033

VCC

VCC

4.Thiết kế chi tiết

4.1. Khối nguồn

VCC

D7

1N4007

U17805

1 3

2

VIN VOUT

GN

D

C1470uF

SW1

ON/OFF

1 2

-VCC

C2104

- +

D1

BRIDGE 1A

1

4

3

2

12VDC

D8

1N4007

D6

LED

J1

12VAC

12

R1

12_2W

R2

330

Nguồi cấp 12VDC để cho quạt hoạt động, IC LM7805 cấp nguồn

5V cho khối vi xử lý và các IC khác hoạt động. Nguồn –VCC cung cấp

cho OP-07 hoạt động

4.2. Khồi cảm biến nhiệt





331

-

+

U6

OP-07

3

26

7 14 8

VCC

VCC

VCC

R1439K

R13

10K

-

+

U5

OP-07

3

26

7 14 8

-

+

U7

OP-07

3

26

7 14 8

-VCC

VR3

20K

VR2

20K

C14

10uF

R9 39K

J6

LM335

123

VCC

In0

R121K2

R11

10KC1310uF

VCC

Thiết kế:

Gọi điện áp ngõ vào không đảo của U6 là Vi1

Gọi điện áp ngõ vào đảo của U6 là Vi2

Điện áp ngõ ra U6 là V0

V0=V01+V02

V01= -R9*Vi1/R11

V02=(1+R9/R11)*Vi2*(R14/(R14+R13))

V0=(R9/R11)*(Vi2-Vi1)

Ta có độ phân dãi ADC là 0,0196

Chọn R9/R11 = 39,2 = 2 lần độ phân dãi ADC

Ứng với nguồn 5 V thì ADC có độ phân dãi là 5/255=0.0196V

Tiến hành cân chỉnh

Nhúng cảm biến vào nước đá vừa tan, chỉnh VR1 sao cho điện áp ra là 2,73V,

chỉnh VR2 sao cho điện áp ra là 2.73 + 0.01 x ToC

4.3. Khối ADC





332

In0R520K

ADC0

A1A3

C11

104

A6

VCC

A2

RXD

A5

VCC

A1

A5

VCC

A2

A7REF+

A4

A3

U3

AT89C51

9

18

19

20

2930

3140

12345678

2122232425262728

1011121314151617

3938373635343332

RST

XTAL2

XTAL1

GND

PSENALE/PROG

EA/VPPVCC

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INT0P3.3/INT1

P3.4/T0P3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7

A0

CLK

A7

A0

A6

ADC0

VCC

START

TXD

U2

ADC0809

10

97

171415818192021

622

11

13

12

16

262728

12345

25

2423

CLK

OEEOC

D0D1D2D3D4D5D6D7

STARTALE

VCC

GND

REF+

REF-


A0

A1A2

A4

START

Do chỉ sử dụng hai ngõ vào nên nối các chân chọn A2, A1 xuống mát.

Để có độ phân giải 19,6mv ta nối chân Vref(+)=5v,chân Vref(-)=0v.

Để vi xử lý điều khiển được hoạt động của ADC thì: Chân start nối với

ALE nối với P3.6, OE lần lượt nối với VCC, ADC0 nối với bít P3.7, chân dữ

liệu D0-D7 nối P0.

4.5. Khối chấp hành

J2

QUAT

12

R4

150

12VDC

D2

1N4007

DK1

VCC12VDC

ISO1PC817

12

34

D5

LED

LS2

RELAY 5

35

412

VCC

R3

150

D3

1N4007

J3

LO NHIET

12

DK0

D4

LED

ISO2PC817

12

34

LS1

RELAY 5

35

412

DK0 được nối với P1.3, DK được nối với chân p1.4. được điều khiển ở mức

thấp

Khi tín hiệu ở mức thấp kích PC817 dẫn mạnh làm Rowle đóng





333

4.5.Sơ đồ mạch in

5. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH

5.1. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

Giai thuat chinh

Giai thuat ADC

Giai thuat dieu khien LCD

5.2. CHƯƠNG TRÌNH

;Ñoà aùn 2 : Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ loø ñieän duøng vi xöû lí AT89C51 ;GVHD : Huyønh Minh Ngoïc ;SVTH : Tröông Coâng Trung, MSSV : 06134341, CÑÑT8A ;Thaùng 6-2009. $MOD51 ORG 00 ; CHUONG TRINH DIEU KHIEN QUAT VA LO NHIET ; NHIET DO LO > NHIET DO CAI DAT => MO QUAT + TAT LO NHIET ; NHIET DO LO < NHIET DO CAI DAT => MO LO NHIET + TAT QUAT ; NHIET DO LO DOC VE THONG QUA IC CAM BIEN NHIET LM335 ; VA DUOC KHUYECH DAI 4 LAN, CHUYEN TU AP SANG SO NHO ADC0809 ; NHIET DO LO VA NHIET DO CAI DAT HIEN THI TREN LCD





334

; NHIET DO CAI DAT QUA BIEN TRO ;*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/ DATA_ADC DATA P2 DATA_LCD DATA P0 RS BIT P1.0 RW BIT P1.1 EN BIT P1.2 A0 BIT P3.7 START BIT P3.6 QUAT BIT P1.3 LONHIET BIT P1.4 T_00 DATA 50H T_01 DATA 51H T_02 DATA 52H T_10 DATA 54H T_11 DATA 55H T_12 DATA 56H T_SET DATA 57H T_CUR DATA 58H SOKYTU DATA 59H T_DELAY DATA 5AH HS0 DATA 5BH HS1 DATA 5CH ;*/*/*/*/*/*//*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/*/* MAIN: MOV TMOD, #11H LCALL EN_LCD MOV DATA_LCD,#80H LCALL SENDCOMAND MOV DPTR,#V_CAIDAT MOV SOKYTU,#7 LCALL WRITETEXT MOV DATA_LCD,#0C0H LCALL SENDCOMAND MOV DPTR,#V_TUCTHOI MOV SOKYTU,#7 LCALL WRITETEXT MOV DPTR,#MA_HT LAP1: LCALL LOAD_DL LCALL DK_TB MOV T_DELAY,#2 LCALL DELAY





335

JMP LAP1 ;**************************** LOAD_DL: CLR A0 CLR START LCALL DE_LAY SETB START MOV T_SET,DATA_ADC MOV DATA_LCD,#87H LCALL SENDCOMAND MOV A,T_SET MOV HS0,#9 MOV HS1,#3 MOV R0,#50H LCALL TINH_T MOV A,T_02 MOVC A,@A+DPTR MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT MOV A,T_01 MOVC A,@A+DPTR MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT MOV DATA_LCD,#'.' LCALL SENDTEXT MOV A,T_00 MOVC A,@A+DPTR MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT SETB A0 CLR START LCALL DE_LAY SETB START MOV T_CUR,DATA_ADC MOV DATA_LCD,#0C7H LCALL SENDCOMAND MOV A,T_CUR MOV HS0,#8 MOV HS1,#5 MOV R0,#54H LCALL TINH_T MOV A,T_12 MOVC A,@A+DPTR





336

MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT MOV A,T_11 MOVC A,@A+DPTR MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT MOV DATA_LCD,#'.' LCALL SENDTEXT MOV A,T_10 MOVC A,@A+DPTR MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT RET ;************************* TINH_T: MOV B,#100 DIV AB MOV 32H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV 31H,A MOV 30H,B MOV B,HS0 MOV A,30H MUL AB MOV B,#10 DIV AB MOV 40H,A MOV A,31H MOV B,HS0 MUL AB ADD A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV 40H,A MOV 35H,B MOV A,32H MOV B,HS0 MUL AB ADD A,40H MOV B,#10 DIV AB





337

MOV 36H,B MOV 37H,A MOV B,HS1 MOV A,30H MUL AB MOV B,#10 DIV AB MOV 38H,B MOV 40H,A MOV A,31H MOV B,HS1 MUL AB ADD A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV 40H,A MOV 39H,B MOV A,32H MOV B,HS1 MUL AB ADD A,40H MOV B,#10 DIV AB MOV 3AH,B MOV 3BH,A MOV A,35H ADD A,38H MOV B,#10 DIV AB MOV @R0,B INC R0 ADD A,36H ADD A,39H MOV B,#10 DIV AB MOV @R0,B INC R0 ADD A,3AH ADD A,37H MOV @R0,A RET ;********************************* DK_TB:





338

MOV A,T_02 CJNE A,T_12,KT_C MOV A,T_01 CJNE A,T_11,KT_C MOV A,T_00 CJNE A,T_10,KT_C RET KT_C: JNC MOQUAT SETB QUAT CLR LONHIET RET MOQUAT: CLR QUAT SETB LONHIET RET ;********************************* WRITETEXT: PUSH 00 PUSH ACC MOV R0,#00 LOOP1: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV DATA_LCD,A LCALL SENDTEXT INC R0 MOV A,R0 CJNE A,SOKYTU,LOOP1 POP ACC POP 00 RET ;**************** EN_LCD: CLR RS CLR RW SETB EN MOV DATA_LCD,#38H LCALL SENDCOMAND MOV T_DELAY,#5 LCALL DELAY MOV DATA_LCD,#38H LCALL SENDCOMAND





339

MOV T_DELAY,#5 LCALL DELAY MOV DATA_LCD,#0CH LCALL SENDCOMAND MOV DATA_LCD,#01H LCALL SENDCOMAND RET ;*********************** SENDCOMAND: CLR RS SJMP PULSE_EN SENDTEXT: SETB RS NOP PULSE_EN: CLR RW CLR EN NOP SETB EN MOV TH1,#HIGH(-1000) MOV TL1,#LOW(-1000) CLR TF1 SETB TR1 JNB TF1,$ CLR TR1 RET ;**************** DELAY: MOV TH0,#00 MOV TL0,#00 CLR TF0 SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TR0 DJNZ T_DELAY,DELAY RET ;**************** DE_LAY: PUSH 01 MOV R1,#250 DJNZ R1,$ POP 01 RET





340

;**************** MA_HT: DB '0123456789' V_CAIDAT: DB 'T_SET: ' V_TUCTHOI: DB 'T_CUR: ' END

Ket qua thi cong :

Nhiet do Vout(IN0) Vout(ngo ra

LM335)

0 39,2mV 10 mV/K

Giôùi thieäu boä ñieàu khieån nhieät ñoä cuûa Omron: 1/Ñieàu khieån nhieät ñoä /soá E5_ Z theá heä 3: Ñaây laø theá heä môùi nhaát cuûa doøng E5_Z giaù thaønh hôïp lí ñang ñöôïc öa chuoäng taïi thò tröôøng Vieät nam. Caùc tính naêng noåi baät, ñoù laø: -Maøn hình LED 11 thanh hieån thò kí töï roõ raøng. -Toác ñoä trích maãu 250 ms cho ñieàu khieån nhan, chính xaùc, tieát kieäm naêng löôïng. -Ñaàu vaøo töông töï cho öùng duïng ñieàu khieån soá roäng raõi: aùp suaát, löu löôïng,vv.. -Caûnh baùo loãi voøng ñieàu khieån, ngaén maïch day ñoát giuùp phaùt hieän loãi sôùm, deã daøng traùnh thieät haïi. -Ñaàu ra chuyeån tieáp (transfer output): keát noái boä töï ghi (recorder), chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï truyeàn xa. -Truyeàn thoâng RS-485 toác ñoä cao 38.4 kbps coù saün Modbus protocol: keát noái maïng vôùi caùc boä ñieàu khieån khaùc tieän lôïi. 2/Ñieàu khieån soá cao caáp E5_N-H: doøng naøy seõ thay theá cho doøng E5_K voán raát quen thuoäc vôùi khaùch haøng. Caùc tính naêng cao caáp nhö sau: -Hieån thò 5 chöõ soá, tôùi 0,01 ñoä C; toác ñoä trích maãu 60s; -Ñoä chính xaùc cao tôùi 0,1% PV/FS. -Taát caû caùc model ñeàu nhaän caû ñaàu vaøo nhieät ñoä vaø analog. -Phaàn meàm hoã trôï CX-Thermo coù theå ñaët hoaït ñoäng logic AND, OR hoaëc treã cho ñaàu ra. -CHöùc naêng baûo trì chuû ñoäng nhôø boä ñeám soá laàn ñaàu ra hoaït ñoäng. -Boä nhôù löu ñöôïc 8 nhoùm thoâng soá. -Ñaàu ra truyeàn tín hieäu,; kieåm soaùt toác ñoä taêng giaûm nhieät. -Baùo loãi ñöùt sôïi ñoát, quaù doøng sôïi ñoát, hoûng relay baùn daãn.





341

9.8.2.Hệ thống ñiều khiển toác ñoä ñoäng cô DC duøng vi xöû lí Xem [10], trang 551 doø sai soá Tín hieäu truyeàn ñoäng

ñöôøng ñòa chæ vaø ñieàu khieån e u toác ñoä + - ñöôøng döõ lieäu hoài tieáp ñieän aùp

Hình 9.47 : Sô ñoà khoái HTÑK toác ñoä ñoäng cô DC duøng vi xöû lí -Toác ñoä coù ñôn vò voøng /phuùt.

9.8.3.Boä ñònh thôøi caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån baèng vi xöû lyù. Xem [10], trang 559

Sô ñoà khoái cuûa boä ñònh thôøi caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån baèng vi xöû lyù ñöôïc minh hoïa ôû hình veõ. Heä bao goàm kit vi xöû lyù, boä ñeám, maïch gia coâng tín hieäu vaø ñoà thieát bò (duïng cuï). Nguoàn naêng löôïng Hình 9.48: Sô ñoà khoái cuûa boä ñònh thôøi caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån baèng vi xöû lyù.

9.3.2. Heä thoáng ñieàu khieån neon giao thoâng duøng 89C51. 9.8.4. Boä ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng duøng vi xöû lí Xem [10], trang 569

Sô ñoà khoái cuûa boä ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng döïa treân vi xöû lyù ñöôïc minh hoïa ôû hình veõ. Heä bao goàm kit vi xöû lyù, boä ñeám xuoáng, maïch gia coâng tín hieäu vaø taûi.

Boä ñieàu khieån (VFC vaø ñònh thÌ)

Ñoái töôïng(Maïch truyeàn ñoäng vaø Ñoäng cô DC

Duïng cuï ño(caûm bieán ñieän trôû)

Heä thoáng vi xöû lí

DAC

Kit vi xöû lyù Boä ñeám ngoaïi vi

Maïch gia coâng tín hieäu vaø thieát bò





342

Tín hieäu laùi Ngoõ ra, cöôøng ñoä saùng Tín hieäu ñoàng boä Ngoõ vaøo naêng löôïng 110V AC, 60Hz

Hình 9.49: Sô ñoà khoái cuûa boä ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng döïa treân vi xöû lyù . 9.8.5.Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh: 9.8.5.1. Ñieàu khieån hoài tieáp

1/ Phöông phaùp ñieàu khieån on/off: xem muïc 9.0

Phương pháp điều khiển ON/OFF

Sơ đồ điều khiển lò nhiệt được thể hiện qua hình bên dưới:

Hình 9.50: Sơ đồ điều khiển lò nhiệt

Phương pháp điều khiển ON-OFF còn được gọi là phương pháp đóng ngắt hay

dùng khâu relay có trễ: cơ cấu chấp hành sẽ đóng nguồn để cung cấp năng lượng ở

mức tối đa cho thiết bị tiêu thụ nhiệt nếu nhiệt độ đặt w(k) lớn hơn nhiệt độ đo y(k),

ngược lại mạch điều khiển sẽ ngắt mạch cung cấp năng lượng khi nhiệt độ đặt nhỏ

hơn nhiệt độ đo.

Một vùng trễ được đưa vào để hạn chế tần số đóng ngắt như sơ đồ khối ở trên:

nguồn chỉ đóng khi sai số e(k) > ∆ và ngắt khi e(k) < - ∆. Như vậy, nhiệt độ đo y(k)

sẽ dao động quanh giá trị đặt w(k) và 2∆ còn được gọi là vùng trễ của rơ le.

Kit vi xöû lyù Boä ñeám xuoáng

Taûi: nguoàn aùnh saùng

Ñieàu cheá tín hieäu





343

Khâu rơ le có trễ còn gọi là mạch so sánh Smith trong mạch điện tử và như

vậy ∆ là giá trị thềm hay ngưỡng.

Điều khiển ON-OFF có ưu điểm là:

• Thiết bị tin cậy, đơn giản, chắc chắn, hệ thống luôn hoạt động được với mọi

tải.

• Tính toán thiết kế ít phức tạp và cân chỉnh dễ dàng.

• Nhưng có nhược điểm là sai số xác lập sẽ lớn do hệ chỉ cân bằng động quanh

nhiệt độ đặt và thay đổi theo tải. Khuyết điểm này có thể được hạn chế khi giảm

vùng trễ bằng cách dùng phần tử đóng ngắt điện tử ở mạch công suất.

2/Thuaät toaùn PID soá: xem muïc 9.4

9.8.5.2.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

1. NHIỆM VỤ VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT 1.1 Nhiệm Vụ Nhiệm vụ của đồ án này là thiết kế một hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh, đối tượng thu thập và

giám sát là nhiệt độ lò ba lò nhiệt. Yêu cầu là chúng ta phải giám sát và điều khiển nhiệt độ ba lò nhiệt luôn

duy trì ở một nhiệt độ như ta mong muốn. Sử dụng vi xử lý 89V51 làm bộ điều khiển trung gian để giao tiếp

máy tính.

1.2 Hướng Giải Quyết – Sử dụng các cảm biến nhiệt độ như PT100, LM35.

– Sử dụng bộ chuyển đổi A/D và D/A.

– Sử dụng phương pháp điều khiển ON/OFF và PID.

– Thiết kế và giao tiếp giữa vi điều khiển 89V51RB2 với máy vi tính và lò nhiệt.

_Sử dụng ngôn ngữ visual basic để tạo giao diện và giao tiếp với vi xử lý 89V51 qua RS232.

_Viết chương trình điều khiển.

2. Thiết Kế Phần cứng 2.1 Sơ Đồ Khối Điều Khiển





344

Hình 9.51: sơ đồ khối điều khiển





345

Hình 9.52: Sơ đồ khối chi tiết hệ thống điều khiển Lò 1: Điều khiển ON/OFF

Lò nhiệt 1

Lò nhiệt 2

Lò nhiệt 3

PT100

LM35

LM35

Khuyếch đại tín hiệu



Bộ chuyển đổi ADC và MUX Vi xử lý

89V51

Max232

Máy tính ( PC )

Bộ chuyển đổi DAC

K.đại và chấp hành 3



PWM

Sơ đồ khối chi tiết hệ thống điều khiển

To

Quạt3

Quạt2

Quạt1

Khuếch đại

Khuếch đại

Khuếch đại

Bus 3

Bus 3





346

Lò 2: Điều khiển ON/OFF

Lò 3: Điều khiển ON/OFF hoặc PID

2.2 Giải thích nguyên lý từng khối Máy tính(PC):

Dùng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 làm phương tiện giao tiếp. Nhiệm vụ của Visual Basic 6 là:

_ Tạo giao diện người dùng để giao tiếp với người sử dụng. Trên đó cho phép thay đổi giá trị nhiệt độ yêu

cầu, thay đổi bộ thông số PID, vẽ đồ thị biểu diễn đáp ứng của hệ thống.

_Thiết lập giao tiếp với khối Vi điều khiển qua cổng nối tiếp RS – 232.

_ Lấy giá trị đo nhiệt đo thực tế do khối vi điều khiển truyền về để xử lý.

_ Từ giá trị đo nhiệt độ thực tế, gửi lệnh xuống vi xử lý để thực hiện việc điều khiển đóng/mở (on/off) lò,

hay thực hiện thuật toán PID xuất giá trị độ rộng xung về khối Vi xử lý để điều khiển.

Vi điều khiển :

Dùng ngôn ngữ lập trình hợp ngữ 8051 để lập trình cho Vi điều khiển 89V51RB2. Nhiệm vụ của khối vi điều

khiển là: _Thiết lập giao tiếp với máy tính qua cổng giao tiếp nối tiếp.

_Thực hiện việc lấy nhiệt độ thực tế của lò nhiệt từ bộ chuyển đổi ADC và truyền giá trị này về cho khối

máy tính để xử lý.

_Xuất giá trị ra bộ chuyển đổi DAC để điều khiển việc đóng/mở lò nhiệt.

– Thực hiện thuật toán điều chế độ rộng xung (PWM), xuất xung PWM và xung điều khiển nhiệt độ của

lò nhiệt cho khối công suất. Giá trị độ rộng xung nhận được từ khối máy tính.

Mạch công suất: nhiệm vụ của khối này là: _Khuếch đại công suất từ tín hiệu điều khiển do khối vi điều khiển truyền tới để điều khiển lò nhiệt.

Bộ chuyển đổi ADC : Do các tín hiệu đầu ra của cảm biến là các tín hiệu tương tự không thích hợp để đưa

vào các mạch số để xử lý. Vì thế cần phải có mạch ADC để chuyển đổi từ tương tự sang số để các vi mạch số

có thể hiểu và xử lý được. Bộ chuyển đổi DAC: Dùng chuyển đổi từ tín hiệu số sang tương tự để điều khiển. Max 232: Max-232 dùng để giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển

Cảm biến: để thu thập các giá trị của các đại lượng vật lý của môi trường bên ngoài.

Mạch khuyếch đại và điều chỉnh: do giá trị của đầu ra các cảm biến thường nhỏ so với bộ chuyển đổi ADC

của hệ thống vì thế cần có mạch khuyếch đại và chuyển đổi cho thích hợp với các mạch chuyển đổi. 2.2.1 Sơ Đồ Nguyên Lý

2.2.2 Đối tượng lò nhiệt thực tế Hàm truyền của lò nhiệt được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Cấp nhiệt tối đa cho lò( công

suất vào P=100%), nhiệt độ lò tăng dần.Sau thời gian nhiệt độ lò đạt giá trị bão hòa. Do đặc tính chính xác của

lò nhiệt khá phức tạp nên ta xấp xỉ bằng đáp ứng gần đúng.





347

Ta xác định hàm truyền gần đúng của lò nhiệt dùng định nghĩa sau: ( )( )( )

C sG sR s

=

Tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị (công suất=100%) : 1( )R sS

= (1)

Tín hiệu ra gần đúng chính là hàm: 1( ) ( )C s f t T= −

Trong đó: 2/( ) (1 )t Tf t K e−= −

Thực hiện biến đổi Laplace ta được: 2

( )(1 )

KF ss T s

=+

Áp dụng định lý chậm trễ ta được: 1

2

( )(1 )

T sKeC ss T s

−

=+

(2)

Từ (1) và (2) suy ra hàm truyền của lò nhiệt là: 1

2

( )1

T sKeG sT s

−

=+

Công suất lò nhiệt thực tế:

2 2220. 1210( ) 1.21( )

40UP U I W KWR

= = = = =

Với: U: hiệu điện thế cung cấp (220V)

R:là điện trở dây may so (40 Ω)

Nhiệt độ đo tối đa là 2000 C

a.Đặc tính chính xác của lò nhiệt

b.Đặc tính gần chính xác của lò nhiệt

Hình 9.53: Đặc tính của lò nhiệt





348

2.3 Thiết kế chi tiết

2.3.1 Khối nguồn

_Biến điện áp ngõ vào AC thành điện áp DC khi qua cầu điode

_IC 7812/IC7912 là IC ổn áp ngõ ra 12v/-12v cung cấp điện áp cho các Opamp hoạt động.

_IC 7805 và thành điện áp ngõ ra 5V cung cấp cho vi điều khiển và khối giao tiếp với máy tính.

_Các tụ lọc trước và sau IC ổn áp nhằm lọc các tần số cao do các mạch điều khiển và nguồn gây ra giúp cho

điện áp ngõ ra ổn định.

2.3.2 Khối ADC

_ Do chỉ sử dụng bốn ngõ vào nên nối chân chọn A2 xuống mát(chân IN0,IN1,IN2,IN3 được chọn). Để có độ

phân giải 19,6mv ta nối chân Vref(+)= 5v,chânVref(-)= 0v.

Độ phân giải ADC = 2 1

re f r e fn

V V+ −−=

−= 8

5 0 0.0196 0.022 1

mv mv−= ≈

−

C23220uf

- +

D 5

DIODE-BR IDGE

1

4

3

2

C25104

U14

LM7812/TO

1

2

3VIN

GN

D VOUT

GND

GND

12V

C28

470f

C22104

C30

220uf

C 26220uf

-12V

C29104

12VGND12V

J6123

C 21470u

U12 LM7805/TO_0

1

2

3VIN

GN

D VOU T

U16

7912

2 3

1

VIN VOUTGN

D

C27470uf

SW2ON/OF F

1 2 3

456

VCC

ALE

ADC1

ADC6VCC

ADC2

ADC7

sensor2

A1A0

sensor4

CLOCK

ADC3

EOC

sensor3

ADC4

U3

ADC0809

1097

171415818192021

622

1113

1216

26272812345

252423

CLKOE

EOC

D0D1D2D3D4D5D6D7

STARTALE

VCC

GN

D

REF+REF-


A0A1A2

OE

VCC

ADC5

ADC0sensor1

U8A

7414

1 2C10

103

CLOCK

BO TAO XUNG ADC

R17

120U8B

7414

3 4

Hình 9.55: Khối ADC





349

_Để vi xử lý điều khiển được hoạt động của ADC thì:Chân start nối với ALE nối với P3.6,chân EOC,OE lần

lượt nối với P3.4 và P3.5,chân dữ liệu D0-D7 nối P2.

_Trong ADC 0809 không có xung clock riêng và do vậy phải cấp xung đồng bộ ngoài đến chân CLK. Mặc dù

tốc độ chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được nối đến CLK nhưng nó không nhanh hơn 100ms.

Tần số dao động của mạch: f=0,7RC

_Tần số dao động chuẩn là 640 kHz

Suy ra 640.103 = 0,7RC

Với R từ 100Ω đến vài kΩ ta chọn R =120 Ω ⇒ C = 103p.

ADC 0809 là IC để chuyển đổi tương tự sang số dùng kỹ thuật CMOS. Bao gồm 8 kênh làm việc độc

lập với nhau để lựa chọn đầu vào từ In0 đến In7

2.3.2.1.Các chân của ic

Sô ñoà chaân : U2

ADC0809

26272812345

1216

10

97

171415818192021

252423

622


REF+REF-

CLK

OEEOC

D0D1D2D3D4D5D6D7

A0A1A2

STARTALE

Hình 9.56: ADC 0809

• IN0 đến IN7 : 8 ngõ vào tương tự

• A0 đến A2 : giải mã chọn một trong 8 ngõ vào

• D0 đến D8 : ngõ ra song song 8 bit

• ALE : cho phép chốt địa chỉ

• START : xung bắt đầu chuyển đổi

• CLK : xung đồng hồ cho ic hoạt động

• REF (+) : điện thế tham chiếu(+)

• REF (-) : điện thế tham chiếu (-)

• VCC : nguồn cung cấp

• EOC :báo kết thúc chuyển đổi

• OE :cho phép đọc dữ liệu sau chuyển đổi

• VCC và GND cấp nguồn và mát cho ic hoạt động

Các bít A0,A1,A2 để chọn đầu vào theo bảng sau:

A2 A1 A0 Ngõ vào được chọn





350

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

* Các đặc điểm củaADC 0809:

ü Độ phân giải 8 bit

ü Tổng sai số chưa chỉnh định ± ½ LSB; ± 1 LSB

ü Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz

ü Nguồn cung cấp + 5V

ü Điện áp ngõ vào 0 – 5V

ü Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz

ü Nhiệt độ hoạt động - 40oC đến 85oC

ü Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng

ü Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang

2.3.2.2 Cách mắc,Nguyên lý hoạt động của ic

Cách mắc

Nguyên lý hoạt động

Hình 9.57: Cách mắc ADC0809





351

Kích hoạt chân ALE (cho phép chốt địa chỉ Address Latch Enable). Nó cần xung thấp lên cao để chốt

địa chỉ.

Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung start, ngõ ra

EOC(End - Of - Conversion) sé xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh xuống của xung start).

Lúc này bit có trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bít còn lại được đặt xuống mức 0, đồng

thời tạo giá trị điện thế Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào Vin.

+ Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1.

+ Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB xuống mức 0.

Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB đươc đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng so sánh với điện

áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1

báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Để đọc được dữ liệu thì set bit OE(Out put Enable) lên mức 1. Trong quá

trình chuyển đổi khi có xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi.

2.3.3 Khối DAC

Hình 9.58: _Chân dữ liệu của DAC nối với P0 của vi xử lý.

_Ngõ ra của DAC (chân 4) là dòng. Qua mạch chuyển đổi Opamp U6 trở thành áp.

_Chân 14 của DAC Vref+=5v. Chân 15 của DAC Vref-=0v

Ta có công thức tính như sau:

Với: K = Vref/ R14 = 5/5k = 1 mA

DAC

DAC6

DAC1

NGO RA0-5v

DAC2

DAC7

C12104

VCC

R232K5

R13

5k

DAC3

R225k

KHOI DAC

C7104

12V

DAC4

DAC_0808

12111098765

1415

1 2

4

16

3

13

A8A7A6A5A4A3A2A1

VR+VR-

NC

OU

T/

OUT

COMP

V-V+

-

+

U6

OP-07

3

26

7 14 8

-12V

DAC5

DAC0

VCC

-12V





352

_Ngõ ra của DAC từ A1 đến A8 là mức 1 thì:

Io = 1 mA x (255/256)=1 mA x 0.99= 1 mA

=> Vo = Io x Rf = 1 mA x 5k = 5 volt

Độ phân giải = 5/255 = 0.02 volt

2.3.4 Khối cảm biến nhiệt

2.3.4.1 Cảm biến LM35

Hình 9.59 :

_LM35 hoạt động ở 0oC cho ra điện áp 0v. Cứ tăng 1oC thì điện áp tăng lên 10mv. Ta xét nhiệt độ trong

khoảng 100oC thì điện áp tương ứng ở ngõ ra cảm biến là 1V.

Áp dụng phương pháp xếp chồng ta được:

3 4(1 )* *5

R RVo V Av VR + ++

= + =

_Độ phân giải của ADC0809 là 19,6mv,để đạt được độ chính xác 0,5oC thì:

Av *10mV = 2*19.6mV

=>Av = 3.92

=>Chọn R40 = 22K, R41=20k và R42 = 10K

_Biến trở R40=20k dùng bù sai số cho điện trở để cho hệ số khuếch đại Av chính xác.

Cam bien4

12V

J3

LM35

123

VCC

KHUECH DAI 4 LAN

R41

20K

R391K

R42

10k -12V

-

+

U9C

LM324

10

98

411

C240.47UF

R40

22K

sensor4





353

2.3.4.1 Cảm biến nhiệt PT100 _ Ở Opamp U1:

Ta có: V+=Vcc*VR4_2/(VR4_1+R2)

=> VO1=(R7/R6 +1)*V+=2*V+=2* Vcc*VR4_2/(VR4_1+R2) (1)

=> VO1= 5v

_Ở Opamp U5:

Ta có: V-=VO1*(R18/(R18+R8))=VO1*(100/200)=VO1*0.5 (V)

V+=V01*(PT100/(PT100+R9)=VO1*(PT100/(PT100+100)) (V)

ð VO2=V+*(R14/(R14+R10))*(R20/R16+1)-V-

ð VO2=V+*(10K/(10K+10K))*(10K/10K+1)-V-

ð VO2=V+-V- (2)

_Ở Opamp U7:

Ta có: VO3=VO2*(R11+VR12)/R15=VO2*A=VO2*10 (3)

Với hệ số khuyếch đại:

A=(R11+VR12)/R15=(82K+VR12)/10K=(82K+18K)/10K=10 lần

_Giả sử ở 100oC thì giá trị PT100 là 138.5 ohms

VO2=V+-V- =2.5*(138.5/238.5)-2.5*0.5= 0.2 V

ð VO3 =0.2*10=2v

2.3.5 Khối giao tiếp PC

R14

10K

1

R265k

12V

12V

R7

10k

VR1220K

R6

10k

R9100

R11

82K

C6

0.47U

R18100

-

+

U1

OP07

3

26

74 8

1

PT1100

1

-

+

U7

OP07

3

26

74 8

1

-12V

R3

10k

R10

10K

-

+

U5

OP07

3

26

74 8

1 R15

10kVO2R16

10K

2

12V

C1

10u

+

R8100

R19

10K

VO1

VCC

-12V

-12V

R20

10K

2

VR4

100k

C50.47U-

sensor1

TAO AP 5V CHUAN

C2104

VO3

Hình 9.60: khối cảm biến nhiệt PT100





354

TXD

U10

MAX232

1 3

4 5

16

15

26

12

9

11

10

13

8

14

7

C1+ C1-

C2+

C2-

VCC

GN

D

V+

V-

R1OUT

R2OUT

T1IN

T2IN

R1IN

R2IN

T1OUT

T2OUT

KHOI GIAO TIEP VOI PC

P1COM

594837261

RXD1

C16

10u

TXD1

C14

10u

VCCVCC

C15

10u

C18

10u

C17

104

C19

10u

RXD

Sử dụng IC MAX232 để giao tiếp. Nhiệm vụ của IC MAX232 là đảo điện áp ngõ vào (cổng RS–232 sử

dụng mức logic âm, mức 1 ứng với từ –3V đến –15V, mức 0 ứng với từ 3V đến 15V) từ Cổng Com cho vi

điều khiển và đảo điện áp điều khiển từ vi điều khiển đến cổng Com.

2.3.6 Khối công suất

Hình 9.61: Khối giao tiếp PC

Hình 9.62: Khối mạch công suất

ISO3PC817

12

34

R34220

VCCDAC

SEL1

R30

100

RA1

D3

LED BAO

U15

MOC3020

1

2

64

Q1

TRIAC_BTA12

RA1

LN

J5

NGUON_AC-220V

12

R43

180

TAI

J4

TAI

12





355

_Chân SEL điều khiển đóng ngắt cho hay không cho Moc3020 hoạt động. Khi điện áp vào

chân 1 của Moc3020 ,nếu mức 1 thì led phát sẽ sáng và làm cho led thu có tín hiệu,dẫn và

kích chân G của triac làm cho điện AC qua tải . Ngược lại mức 0 vào chân 1 thì led thu

không có tín hiệu và triac không được kích, dòng điện không qua tải.

2.3.7 Khối điều khiển quạt

_Khi kích mức 1 vào Q2 thì LED sáng và quạt hoạt động. Ngược lại khi kích mức 0 thì led tắt và quạt ngừng

hoạt động.

_Điện trở R44 là điện trở kéo lên. Điện trở R46 hạn dòng bảo vệ Q2.

_Diode D7 dập dòng cảm ứng sinh ra do quạt hoạt động để bảo vệ mạch điều khiển.

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh Trên máy tính, ta đặt nhiệt độ của ba lò nhiệt sau đó bấm start để hệ thống bắt đầu hoạt động. Khi

đó ba lò nhiệt bắt đầu hoạt động làm nhiệt độ của ba lò tăng lên, các cảm biến nhiệt sẽ đọc nhiệt độ của ba lò

nhiệt, sau đó thông qua bộ biến đổi ADC để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số,vi xử lý sẽ đọc các dữ

liệu đó và gửi lên máy tính. Máy tính sẽ hiển thị nhiệt độ của ba lò nhiệt trên màn hính, vẽ đáp ứng của ba lò

nhiệt đó, chứa nhiệt độ thu được vào một file access. Máy tính gửi mã điều khiển xuống vi xử lý để điểu

khiển nhiệt độ của ba lò nhiệt như mong muốn.

2.6 Lưu đồ giải thuật

D71N4007

Q1

R44R

R461K

R451K

Q2

D468

VCC

D6

LED BAO

12V

J7

QUAT1

12

Hình 9.63: Khối điều khiển quạt





356

2.6.1 Lưu đồ chính 2.6.2 Lưu đồ chương trình con lấy mẫu ADC 2.6.3 Lưu đồ chương trình con biến đổi ADC

Start

– Tạo tốc độ BAUD 9600 bits để giao tiếp VDK với máy tính (Dùng TIMER1) – Khởi tạo chế độ giao tiếp nối tiếp – Tắt các bit điều khiển quạt và lò nhiệt –Nạp giá trị P0=00h –Nạp P2=0FFh để đọc dữ liệu từ ADC – Cho phép ngắt TIMER2, Port Nối tiếp

CHUYEN_ADC=1? Đ

S

_Gọi chương trình Lấy mẫu ADC _Không cho phép ngắt Port nối tiếp _Gửi 4 byte dữ liệu lên máy tính _Cho phép ngắt Port nối tiếp

Lấy mẫu ADC

_Chọn ngõ vào IN0 của ADC _Gọi chương trình Biến đổi ADC _Cất vào biến tạm ADC1 _Chọn ngõ vào IN1 của ADC _Gọi chương trình Biến đổi ADC _Cất vào biến tạm ADC2 _Chọn ngõ vào IN2 của ADC _Gọi chương trình Biến đổi ADC _Cất vào biến tạm ADC3 _Chọn ngõ vào IN3 của ADC _Gọi chương trình Biến đổi ADC _Cất vào biến tạm ADC4

RET





357

2.6.4 Lưu đồ chương trình ngắt nối tiếp

Biến đổi ADC

START=0 ,ALE=1

EOC=0? Đ

S

Đọc giá trị ADC từ P2 vào 20h

OE=1

RET

Ngắt nối tiếp

_Xóa cờ thu RI _Đọc dữ liệu từ bộ đệm vào thanh ghi A _Nạp giá trị P0=0FFh

A=’M’? Đ

CLR chuyen_adc

S

A=’A’?

A=’B’?

RETI

Mở lò 1 RETI

Đóng lò 1 RETI

Đ

Đ S

S

A=’C’? Mở lò 2 RETI

Đ





358

Giao diện chương trình trên máy tính

A=’D’? Đóng lò 2 RETI

A=’E’? Mở lò 3 RETI

A=’F’? Đóng lò 3 RETI

Đ

Đ

Đ

S

S

S

S

A=0 ? Đóng lò 3,Clr Pwm (Ton = 0, Toff = 100)

RETI

A=100 ? Mở lò 3, Set Pwm (Ton = 100, Toff =0)

RETI

Đ

Đ S

S – Nạp R7 vào R0 – SETB PWM (TON)

– Gọi ctr DELAY – R0 = R0 - 1

R0=0?

– R0 = 100 - R7 – CLR PWM (TOFF)

– Gọi ctr DELAY – R0 = R0 - 1

R0=0?

RETI

Dùng lệnh và thanh ghi Rn để tạo delay 10μs

RET

DELAY





359

Hình 9.64

Thuaät toaùn PID : maõ chöông trình Visual Basic '**************THUAT TOAN PID***************** Sub PID(kp1 As Single, ki1 As Single, kd1 As Single) Dim TT As Single TT = 1 nddat = Val(Text3.Text) e2 = nddat - T33 'Tính sai so e(k) lo 3 A0 = kp1 + ki1 * TT + kd1 / TT A1 = -kp1 - ((2 * kd1) / TT) A2 = kd1 / TT DUTY = Round(DUTY1 + A0 * e2 + A1 * e1 + A2 * e0, 0) If DUTY >= 255 Then DUTY = 255 ElseIf DUTY <= 0 Then DUTY = 0 End If DUTY1 = DUTY 'NaP DUTY(k) cho DUTY(k-1) PID sau e0 = e1 'Nap e(k-1) cho e(k-2) e1 = e2 'Nap e(k) cho e(k-1) End Sub

Kết quả khi chạy chương trình:





360

H9.65

h9.66





361

H9.67





362

h9.68





363

H9.69

H9.70

So sánh kết quả khi điều khiển lò nhiệt 3 bằng phương pháp on/off và PID Ø Phương pháp on/off

Khi đặt nhiệt độ lò nhiệt 3 là 800C ta được đáp ứng sau: H9.71





364

Ø Phương pháp PID Với các thông số Kp = 10, Ki = 4, Kd = 0.000001, nhiệt độ lò nhiệt 3 đặt là 800C ta có biểu đồ đáp ứng như sau:





365

h9.72

Khi điều khiển theo phương pháp on/off thì sai số xác lập sẽ lớn do hệ chỉ cân bằng động quanh nhiệt độ đặt và thay đổi theo tải. Khi điều khiển theo phương pháp PID thì nó có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng đáp ứng quá độ, giảm độ vọt lố nếu các tham số bộ điều khiển được chọn lựa thích hợp. Tham khaûo: Luaän vaên toát nghieäp ñaïi hoïc, Heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh, sinh vieân thöïc hieän: Voõ Hoaøng Minh, lôùp ÑHÑT1B, thaùng 7-2009. 9.9. Thieát keá ñaët cöïc: tieáp caän khoâng gian traïng thaùi. 9.9.1. Thieát keá heä thoáng ñieàu khieån Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån tieâu bieåu v e uc u x y

Hình 9.73

Hff Hc Hp

-1





366

.Ñoái töôïng: ñöôïc moâ taû bôûi

BuAxdtdx

+= (1)

u: tín hieäu ñieàu khieån, x: vectô traïng thaùi, A vaø B laø ma traän haèng soá. Laáy maãu phöông trình (1), ta ñöôïc heä rôøi raïc

)()()1( kukxkx Γ+Φ=+ (2) vôùi: )(Te AT Φ==Φ vaø )()( 11 −− −=Φ AsiLt

∫=ΓT

Asdse0

hay ∫Φ=ΓT

Bd0

)( ττ

.Nhieãu.

. Söï khoâng chaéc chaén cuûa quaù trình. Tieâu chuaån. .Luaät ñieàu khieån: )()( kLxku −= (3) . Thieát keá tham soá: 9.9.2. Hieäu chænh baèng hoài tieáp traïng thaùi Thí duï: Ñeå giôùi thieäu phöông phaùp thieát keá vaø minh hoïa aûnh höôûng cuûa tham soá thieát keá, tröôøng hôïp ñaëc bieät ñöôïc thaûo luaän tröôùc tieân. Thí duï 1: Ñaët cöïc cho heä tích phaân keùp. Baèng caùch duøng taïo thôøi gian laáy maãu, heä tích phaân keùp ñöôïc laáy maãu moâ taû bôûi

)(2)(.10

1)1(

2

kuT

Tkx

Tkx

+

=+

Hoài tieáp tuyeán tính toång quaùt ñöôïc moâ taû bôûi: 2211 xlxlu −−= vôùi hoài tieáp naøy, heä voøng kín trôû thaønh:

)(.1

2/2/1)1(

21

22

21 ku

TlTlTlTTl

kx

−−−−

=+

Phöông trình ñaëc tính cuûa heä kín laø:

0)12

().22

( 2

21

2

212 =+−+−++ TlTlzTlTlz

Giaû söû phöông trình ñaëc tröng mong muoán 021

2 =++ pzpz Ñieàu naøy daãn ñeán phöông trình tuyeán tính ñoái vôùi l1 vaø l2:

22

21

12

21

12

22

pTlTl

pTlTl

=+−

=−+

Caùc phöông trình naøy coù nghieäm:





367

)3(21

)1(1

212

2121

ppT

l

ppT

l

−+=

++= (4)

Tröôøng hôïp toång quaùt: Giaûi phaùp cuûa baøi toaùn ñaët cöïc ñöôïc cho vôùi heä coù moät tín hieäu vaøo. Xeùt heä (2) coù phöông trình ñaëc tröng ña thöùc cuûa ma traän Φ laø: n

nn azaz +++ − ...11

Heä (2) ñaït ñöôïc. Ñoåi bieán z=Tx, phöông trình traïng thaùi laø: )(~)(~)1( kukzkz Γ+Φ=+ (5)

=Γ

−−−−

=Φ

−

0....001

;

01...00...........00...1000...01

...

~

121 nn aaaa

(6)

Luaät hoài tieáp: ( ) zapapapzLu nn .)(...)()(~

2211 −−−−=−= (7) Heä kín coù ña thöùc ñaëc tröng

nnn pzpzzP +++= − ...)( 1

1 (8) Ñeå tìm nghieäm cuûa baøi toaùn goác, ta chuyeån veà toaï ñoä goác LxTxLzLu −=−=−=

~~ (9) Cho Wc laø ma traän ñaït ñeán cuûa heä (2) ( )ΓΦΦΓΓ= −1..... n

cW (10)

CW~ laø ma traän ñaït ñeán cuûa (5). T laø ma traän chuyeån ñoåi. 1~ −= CCWWT (11)

vôùi

= −

−

−

1...00........

...10

...1~ 2

11

1 n

n

C

aaa

W (12)

Toùm laïi, ta thaáy laø nghieäm cuûa baøi toaùn thieát keá ñöôïc cho bôûi hoài tieáp traïng thaùi tuyeán tính vôùi ñoä lôïi ( ) 1

2211~.)(...)()( −−−−= CCnn WWapapapL (13)

Ñònh lyù 1 : Ñaët cöïc duøng hoài tieáp traïng thaùi. Xeùt heä (2), giaû söû chæ coù moät ngoõ vaøo. Neáu heä ñaït ñeán thì toàn taïi hoài tieáp tuyeán tính maø heä voøng kín vôùi ña thöùc ñaëc tính P(z). Hoài tieáp ñöôïc cho )()( kLxku −= vôùi





368

( )

( ) ( )( ) )(....10...0)(.10...0

~.)(...)()(111

12211

ΦΓΦΦΓΓ=Φ=

−−−=−−−

−

PPW

WWapapapLn

C

CCnn (14)

trong ñoù Wc vaø CW~ laø ma traän ñaït ñeán cuûa heä (2) vaø (5) töông öùng. Nhaän xeùt : . Phöông trình (14) ñöôïc goïi laø coâng thöùc Ackermann. . Cho Φ vaø Γ, tìm ma traän L ñeå maø Φ- Γ.L coù giaù trò rieâng ñaët tröôùc. . ( )Γ++Φ+ΓΦΓ+ΦΓΓ= −

−−1

21

11 ...... n

nn aaaT (15) Thí duï 2 : Boä tích phaân keùp Xeùt heä tích phaân keùp ôû thí duï 1. Giaû söû ña thöùc ñaëc tröng mong muoán ñöôïc cho bôûi P(z)=z2+ p1z+ p2. Ta coù

( )

=ΦΓΓ=

TT

TTWC 2

32

22

vaø

−−

−=−

TT

TTWC/5,01

5,11

2

21

Ña thöùc ñaëc tröng cuûa ma traän Φ laø z2-2z+1. Vì vaäy

++

+++=+Φ+Φ=Φ

21

12121

2

1021

)(ppTpTpp

IppP

Coâng thöùc Ackermann (14) cho ( ) ( )

−+++

=

Φ−=Φ= −

Tpp

Tpp

PTTPWL C

231

)(./5,01)(.10

212

21

21

Keát quaû naøy gioáng ví duï 1. Ñeå giaûi baøi toaùn ñaët cöïc, ta giaû thieát heä laø ñaït ñeán ñöôïc. 9.10. Phöông phaùp thieát keá ñieàu khieån toái öu : tieáp caän khoâng gian traïng thaùi 9.10.1. Giôùi thieäu Xeùt baøi toaùn ñieàu khieån toái öu tuyeán tính daïng toaøn phöông (LQR-linear quadratic regulator). Caáu taïo baøi toaùn : .Quaù trình : Giaû söû ñoái töôïng bò ñieàu khieån ñöôïc moâ taû bôûi moâ hình lieân tuïc :

dvdtuBdtxAdx ++= .... (1) trong ñoù A vaø B laø ma traän thay ñoåi theo thôøi gian. vc coù giaù trò trung bình zero vaø gia taêng khoâng lieân quan. Phöông sai (covariance) gia taêng cuûa vc laø dtR c1 . Ngoõ vaøo u(t) laø khoâng ñoåi trong suoát chu kì laáy maãu ; vôùi tröôøng hôïp khoâng nhieãu, nghieäm cuûa (1) coù theå vieát nhö sau : (goïi h laø chu kì laáy maãu)

)().,()().,()( khukhtkhxkhttx Γ+Φ= (2) trong ñoù ),( khtΦ laø ma traän cô baûn cuûa (2) thoûa :





369

),().(),( khttAkhtdtd

Φ=Φ

Ikhkh =Φ ),( vaø ∫Φ=Γt

kh

dssBstkht )().,(),(

Boû qua bieán thôøi gian cuûa ma traän, moâ hình laáy maãu (rôøi raïc) coù theå ñöôïc vieát :

)()(.)()()(.)(.)(

khekhxCkhykhvkhukhxhkhx

+=+Γ+Φ=+

(3)

trong ñoù v vaø e laø quaù trình nhieãu traéng Gauss rôøi raïc vôùi giaù trò trung bình zero vaø

2

12

011

)()()(.)()(

)()(.

RkhekhekheERkhekhEv

deReRkhvkhvE

T

T

TA

cAT T

=

=

== ∫ τττ

giaû söû traïng thaùi ñaàu x(0) laø gauss ñöôïc phaân boá vôùi Ex(0)=m0 vaø cov(x(0))=R0. .Tieâu chuaån : Tieâu chuaån thieát keá maø ta duøng laø caùch ñom (troïng soá) bieân ñoä cuûa traïng thaùi vaø tín hieäu ñieàu khieån. Moät caùch coù theå ñöôïc xem taïi coâng suaát cuûa traïng thaùi, nghóa laø :

∫ ∫==Nh Nh

T dttxtxdttxJ0 0

2 ).()()(

Thaønh phaàn cuûa traïng thaùi coù nhieàu chieàu vaø ta coù theå duøng moät troïng soá toång quaùt hôn

∫=Nh

cT dttxQtxJ

01 )()(

trong ñoù Q1c laø ma traän baùn xaùc ñònh döông ñoái xöùng. Tín hieäu ñieàu khieån vaø traïng thaùi taïi thôøi ñieåm cuoái coù theå tính theo caùch töông töï. Ñieàu naøy daãn ñeán baøi toaùn ñieàu khieån ôû ñoù ta muoán toái thieåu (minimize) haøm chi phí (cost function)

+

=

+++=

∫

∫Nh

cT

cTT

Nh

cT

cT

cT

cT

NhxQNhxdttutx

QtutxE

NhxQNhxdttuQtutuQtxtxQtxEJ

00

002121

)()()()(

)]()([

)()())()()()(2)()((

(4)

trong ñoù

=

cT

c

ccC QQ

QQQ

212

121

caùc ma traän Q0c, Q1c, vaø Q2c laø ñoái xöùng vaø ít nhaát baùn xaùc ñònh döông. Caùc ma traän trong haøm chi phí phuï thuoäc thôøi gian. . Luaät ñieàu khieån : Thaät laø quan troïng chæ ra döõ lieäu duøng cho xaùc ñònh tín hieäu ñieàu khieån. Giaû thieát ñaàu tieân laø chu kì laáy maãu ñöôïc duøng vaø tín hieäu ñieàu khieån khoâng ñoåi trong chu kì laáy maãu. Baøi toaùn ñieàu khieån deã daøng dòch chuyeån thaønh baøi toaùn rôøi raïc. Neáu C laø ma traän ñôn vò vaø e(kh)=0 trong (3) thì vectô toaøn traïng thaùi duøng ñöôïc. Tín hieäu ñieàu khieån ñöôïc cho laø haøm cuûa traïng thaùi tôùi vaø theâm kh. Ñieàu naøy goïi laø thoâng





370

tin traïng thaùi ñaày ñuû. Trong nhieàu tröôøng hôïp chæ ngoõ ra coù theå ño ñöôïc. Ñieàu naøy chæ ra raèng ño löôøng nhieãu hö laø coù theå vôùi boä ñieàu khieån. Ñaây laø thoâng tin traïng thaùi khoâng ñaày ñuû. Trong tröôøng hôïp naøy tín hieäu ñieàu khieån taïi t=kh laø haøm cuûa ngoõ ra vaø ngoõ vaøo tôùi ñeán vaø theâm hoaëc kh-h hay kh. . Baøi toaùn : Baøi toaùn ñieàu khieån toái öu ñöôïc ñònh nghóa laø tín hieäu ñieàu khieån ñeå toái thieåu haøm chi phí (4) khi ñoái töôïng ñöôïc moâ taû bôûi (1) hay moâ hình töông ñöông (3). 9.10.1.2. Laáy maãu haøm chi phí : Haøm chi phí (4) ñöôïc bieãu dieãn ôû lieân tuïc thôøi gian. Ñaàu tieân haøm naøy ñöôïc chuyeån sang daïng rôøi raïc

+= ∑

−

=

1

00 )()()(

N

kc

T NhxQNhxkJEJ

trong ñoù

( )∫+

++=hkh

khc

Tc

Tc

T dttuQtutuQtxtxQtxkJ )()()()(2)()()( 2121 (5)

Duøng (2) vaø (5) vaø söï thaät laø u(t) khoâng ñoåi trong chu kì laáy maãu, ta coù :

)()()()(2)()()( 2121 khuQkhukhuQkhxkhxQkhxkJ TTT ++= trong ñoù

∫+

ΦΦ=hkh

khc

T dskhsQkhsQ ),(),( 11 (6)

∫+

+ΓΦ=hkh

khcc

T dsQkhsQkhsQ )),()(,( 12112 (7)

( )∫+

+Γ+ΓΓ=hkh

khcc

Tc

T dsQQkhskhsQkhsQ 21212 ),(2),(),( (8)

Toái thieåu hoùa haøm chi phí (4) khi u(t) khoâng ñoåi trong chu kì laáy maãu laø vì vaäy gioáng nhö toái thieåu haøm chi phí rôøi raïc.

( )

[ ]

+

=

+++=

∑

∑−

=

−

=

1

00

1

002121

)()()()(

)()(

)()()()()()(2)()(

N

k

TTT

N

k

TTTT

NhxQNhxkhukhx

QkhukhxE

NhxQNhxkhuQkhukhuQkhxkhxQkhxEJ

(9)

trong ñoù

=

212

121

QQQQ

Q T (10)

9.10.1.3. Hoaøn chænh caùc böôùc Haøm toaøn phöông ñöôïc toái thieåu nhieàu laàn trong tuaàn töï. Haøm chi phí coù daïng :

( )

=

ux

QQQQ

uxuxJu

Txu

xuxTT),( (11)

vaø ta muoán tìm J cöïc tieåu ñoái vôùi u. Theá thì toàn taïi L thoûa





371

Txuu QLQ = (12)

ñeå maø haøm chi phí (11) coù theå vieát : )()()(),( LxuQLxuxLQLQxuxJ u

Tu

Tx

T +++−= (13) Ñieàu naøy deã thaáy baèng caùch thay (12) vaøo (13). Vieát laïi (11) ôû daïng (13) ñöôïc goïi laø hoaøn chænh caùc böôùc. Bôûi vì (13) laø daïng toaøn phöông ôû u vaø caû hai laø lôùn hôn hay baèng zero, deã thaáy laø (11) ñöôïc toái thieåu vì

Lxu −= (14) vaø L laø duy nhaát neáu Qu xaùc ñònh döông. Toái thieåu laø

xLQLQxJ uT

xT )..(min −= (15)

9.10.2. Ñieàu khieån toái öu tuyeán tính daïng toaøn phöông (LQ Control) Baøi toaùn ñieàu khieån LQ ñöôïc giaûi trong tröôøng hôïp thoâng tin traïng thaùi ñaày ñuû.

Tröôøng hôïp tieàn xaùc ñònh (Deterministic case) Tröôøng hôïp xaùc ñònh vôùi v(k)=0 vaø e(k)=0 trong (3) ñöôïc xem xeùt tröôùc. Heä thoáng rôøi raïc ñöôïc moâ taû bôûi

)(.)(.)1( kukxkx Γ+Φ=+ (16) trong ñoù x(0) ñöôïc cho. Baøi toaùn laø xaùc ñònh tín hieäu ñieàu khieån u(0), u(1), u(2),.., u(N-1) ñeå haøm chi phí (9) laø toái thieåu. YÙ töôûng daãn ra luaät ñieàu khieån laø nguyeân lyù toái öu vaø quy hoaïch ñoäng. Nguyeân lyù toái öu : moät chính saùc toái öu coù tính chaát maø baát kì traïng thaùi ñaàu vaø quyeát ñònh ñaàu tieân laø quyeát ñònh vaãn giöõ nguyeân phaûi laø toái öu ñoái vôùi traïng thaùi keát quaû töø quyeát ñònh ñaàu tieân. Baèng caùch duøng yù töôûng naøy vaø baét ñaàu töø thôøi gian cuoái N, ñi ngöôïc thôøi gian, ta coù theå xaùc ñònh luaät ñieàu khieån toát nhaát ñoái vôùi böôùc cuoái cuøng ñoäc laäp vôùi traïng thaùi N-1 laøm sao ñaït tôùi. Chi phí coøn laïi giôø phuï thuoäc traïng thaùi ôû thôøi gian N-1. Laëp ngöôïc tôùi thôøi gian ñaàu k=0 xaùc ñònh chính saùch ñieàu khieån toái öu. vk 0 k-1 k N t höôùng laëp Hình 1 : Minh hoïa thuû tuïc laëp söû duïng quy hoaïch ñoäng. Ñònh lí 1 : Ñieàu khieån LQ cuûa heä xaùc ñònh (tieàn ñònh). Xeùt heä (16). Cho u(k) laø haøm cuûa x(k), x(k-1). Chuùng ta giôùi thieäu

))1(())1().()1(()1()( 121

2121TTTTT QksQksQksQkskS +Φ+Γ+Γ+Γ+Γ+Φ−+Φ+Φ= −

(17)





372

vôùi ñieàu kieän cuoái S(N)=Q0. Giaû söû Q0 laø baùn xaùc ñònh döông vaø ΓΓ+ )(2 kSQ T laø xaùc ñònh döông. Theá thì toàn taïi chieán löôïc ñieàu khieån duy nhaát, chaáp nhaän ñöôïc )().()( kxkLku −= (18) trong ñoù ))1(.())1(()( 12

12

TTT QkSkSQkL +Φ+ΓΓ+Γ+= − (19) maø toái thieåu haøm chi phí (9). Giaù trò toái thieåu cuûa haøm chi phí laø :

)0()0()0(min 0 xSxVJ T== hôn nöõa S(k) baùn xaùc ñònh döông. Chöùng minh ñònh lí 1:

( )NTTT

NuN VNuQNxNuQNuNxQNxV +−−+−−+−−=−− )1()1(2)1()1()1()1(min 1221)1(1

(20) (17) ñöôïc vieát laïi :

[ ]

−

−+Γ−Φ+Γ−Φ=)(

)())()(1())(()(kL

IQkLIkLkSkLkS TT (21)

Nhaän xeùt : 1)Chuù yù laø khoâng giaû söû Q2 xaùc ñònh döông, chæ coù ΓΓ+ )(2 kSQ T laø xaùc ñònh döông. 2)Tính toaùn ñeå xaùc ñònh boä ñieàu khieån LQ ñöôïc thöïc hieän baèng tay vôùi ví duï ñôn giaûn. Thöïc teá phaûi caàn chöông trình laëp ñeå tính luaät ñieàu khieån vaø moâ phoûng heä. Phöông trình Riccati : Phöông trình (17) ñöôïc goïi laø phöông trình Riccati rôøi raïc thôøi gian. Coù theå duøng phöông trình Riccati ñeå vieát laïi haøm chi phí (9) maø cho ra ñònh lí sau . Ñònh lí 2 : Phöông trình Riccati rôøi raïc thôøi gian. Giaû söû phöông trình Riccati (17) coù nghieäm maø xaùc ñònh khoâng aâm trong khoaûng 0≤k≤N, thì

( )

( ) ( )( )

( ) ∑∑

∑

∑

−

=

−

=

−

=

−

=

+++Γ+Φ+Γ+Φ++

++Γ+Γ++=

+++

1

0

1

0

1

02

1

012210

)()1()()()1())()(())()()(1()(

)().()(.)1(.)().()()0()0()0(

)()(2)()()()()()(

N

k

TN

k

TT

N

k

TTT

N

k

TTTT

kvkSkvkvkSkukxkukxkSkv

kxkLkuQkSkxkLkuxSx

kuQkxkuQkukxQkxNxQNx

(22)

( )

( )( )

( )

( )∑

∑

∑

∑

−

=

−

=

−

=

−

=

+Γ−Φ+

Γ−Φ++

+Γ+Γ−++

+++Γ+Γ×

+++=

1

0

1

0

1

02

2

1

0

)().1()()(

)())()(1()(

)()())1()(()1()(

)()()().()()1(

)().()()()()0()0()0(

N

k

TT

N

k

T

N

kv

TTv

T

vT

N

k

Tv

T

kvkSkLkx

kxkLkSkv

kvkLQkSkLkSkv

kvkLkxkLkuQkS

kvkLkxkLkuxSx

(23)





373

trong ñoù L(k) ñöôïc ñònh nghóa bôûi (19) vaø ( ) )1()1()(

12 +Γ+Γ+Γ=

− kSQkSkL TTv (24)

vaø x(k+1) ñöôïc cho bôûi (3). Chöùng minh : xem saùch [3]. Giaù trò trung bình cuûa daïng toaøn phöông : Bieåu dieãn daïng

SxExT seõ ñöôïc tính trSRSmmSxEx TT += (28)

trong ñoù x laø bieán ngaãu nhieân Gauss vôùi trò trung bình m vaø ma traän phöông sai R. Thoâng tin traïng thaùi ñaày ñuû : Giaû thieát v(k)=0 trong (3) nhöng traïng thaùi ñaàu khoâng chaéc chaén. Ñònh lí 2 cho :

( )

( )( ) ( )( )

++Γ+Γ++

=

+++=

∑

∑

−

=

−

=

1

02

1

001221

)()()()1()()()(

)0()0()0(

)()()()(2)()()()(

N

k

TT

T

N

k

TTTT

kxkLkuQkSkxkLkuE

xSxE

NxQNxkuQkxkuQkukxQkxEJ

Vì S(k) baùn xaùc ñònh döông vaø thaønh phaàn thöù hai khoâng aâm. Hôn nöõa, S(k) laø ñoäc laäp vôùi u(k) vaø vì vaäy

000 )0()0()0()0()0( RtrSmSmxSExJ TTcomplete +=≥ (29)

trong ñoù (28) ñöôïc duøn. Töông ñöông ñaït ñöôïc cho luaät ñieàu khieån (18). Ñònh lí 2 vaø (29) cho moät caùch töông ñöông ñeå chöùng minh ñònh lí 1.

• Giaû söû coù nhieãu ngaãu nhieân taùc ñoäng leân heä vaø traïng thaùi ñaày ñuû ño ñöôïc. Duøng ñònh lí 2, (22) vaø v(k) ñoäc laäp vôùi u(k) vaø x(k) ta coù :

( ) ( )( )

++Γ+Γ++

++=

∑

∑−

=

−

=

1

02

1

0

)()()()1()()()(

)()1()()0()0()0(

N

k

TT

N

k

TT

kxkLkuQkSkxkLku

kvkSkvxSxEJ (30)

Duøng (28) cho quan heä

∑−

=

+++≥1

01000 )1()0()0(

N

k

Tnoise RktrSRtrSmSmJ (31)

Giaû söû v(k) ñöôïc bieát khi xaùc ñònh u(k). Töø (23) daãn ra haøm chi phí ñöôïc toái thieåu ñeå )().()().()( kvkLkxkLku v−−= (32)

trong ñoù Lv(k) ñöôïc cho bôûi (24) vaø haøm chi phí toái thieåu laø

∑

∑−

=

−

=

+Γ+Γ−

+++=

1

021

1

0100

))1()(()(

)1()0()0()0(

N

k

TTvv

N

k

T

QkSkLRktrL

RktrSRtrSmSmJ

Chi phí naøy nhoû hôn (31) vaø chöùng minh hieäu quaû caûi thieän neáu v(k) ñöôïc duøng. Nghieäm coù theå ñaït ñöôïc baèng laëp (17) hay giaûi phöông trình Riccati ñaïi soá :

)())(( 121

212TTTTT QSQSQSSS +ΦΓ+ΓΓ+ΓΦ−ΦΦ= − (33)





374

Vì Q ôû (10) laø ñoái xöùng vaø baùn xaùc ñònh döông ta coù theå vieát : [ ] [ ]ll

Tll DCDCQ = .

Thí duï 1 : Ñieàu khieån LQ cuûa boä tích phaân keùp Xeùt boä tích phaân keùp vaø duøng chu kì laáy maãu h=1 sec. Vò trí laø x1, toác ñoä laø x2 vaø tín hieäu ñieàu khieån u. Cho ma traän troïng soá trong (9) laø

=

0001

1Q vaø ( )ρ=2Q .

Aûnh höôûng cuûa troïng soá ñöôïc nghieân cöùu baây giôø. Vectô hoài tieáp phaûi ñöôïc tính toaùn vôùi caùc giaù trò khaùc nhau cuûa ρ . Hình sau minh hoïa traïng thaùi vaø tín hieäu ñieàu khieån ñoái vôùi moät soá giaù trò. Khi ρ =0, nghóa laø chæ coù ôû ngoõ ra. Khi ρ taêng thì thì bieân ñoä cuûa tín hieäu ñieàu khieån giaûm. Hình döôùi minh hoïa vectô L nhö laø haøm cuûa troïng soá ñieàu khieån ρ . Khi ρ taêng , ñoä lôïi tieán veà zero vaø khoâng coù hoài tieáp. Boä tích phaân keùp (A1) : Boä tích phaân keùp ñöôïc duøng trong giaùo trình naøy nhö laø ví duï chính minh hoïa lyù thuyeát ñöôïc trình baøy. Quaù trình (ñoái töôïng) ñöôïc minh hoïa bôûi phöông trình vi phaân

udt

yd=2

2

(A1)

Haøm truyeàn laø G(s)=1/s2. Chuùng ta goïi y laø bieán traïng thaùi x1 vaø y& laø x2 cuûa heä. Phöông trình traïng thaùi cuûa heä laø :

( ) xy

uxdtdx

.01

.10

.0010

=

+

=

(A2)

Laáy maãu A2 duøng boä giöõ baäc 0 (ZOH) vôùi chu kì laáy maãu h ta ñöôïc heä rôøi raïc thôøi gian :

( ) )(01)(

)(.2/

)(10

1)(

2

khxkhh

khuh

hkhxh

hkhx

=

+

=+

(A3)

Toaùn töû haøm truyeàn xung cuûa A3 laø

2

2

)1(2)1()(

−+

=q

qhqH (A4)

Coù nhieàu quaù trình vaät lí coù theå ñöôïc moâ taû nhö boä tích phaân keùp. Thí duï laø haønh vi cuûa veä tinh, heä thanh vaø boùng. Heä thanh vaø boùng (beam and ball system): moät thí duï coù theå ñöôïc moâ taû nhö boä tích phaân keùp laø banh (boùng) laên treân moät thanh daøi coù theå laät. Phöông trình cuûa heä thanh vaø boùng laø

θ

ϕϕθ

rx

mgrmgrdtdJ

=

≈= sin2

2

hay





375

Jmgrdt

xdJ /22

2

ϕ=

trong ñoù θ laø goùc cuûa boùng, g laø gia toác troïng tröôøng, x laø vò trí cuûa boùng vaø ϕ goùc laät cuûa thanh. Haønh vi cuûa veä tinh : Haønh vi cuûa veä tinh coù theå ñöôïc moâ taû bôûi boä tích phaân keùp. Phöông trình vi phaân moâ taû laø :

dc MMdtdJ +=2

2θ

trong ñoù θ laø goùc haønh vi. Mc laø moment ñieàu khieån, Md laø moment nhieãu, J laø moment quaùn tính. Tính chaát cuûa boä ñieàu khieån LQ : Ñònh lí 3 : Oån ñònh cuûa heä voøng kín. Cho heä (16) laø thay ñoåi theo thôøi gian vaø cho haøm chi phí (9) ñeå maø Q trong (10) laø xaùc ñònh döông. Giaû söû nghieäm traïng thaùi xaùc laäp xaùc ñònh löôïng S trong (33) toàn taïi. Khi ñoù chieán löôïc ñieàu khieån toái öu traïng thaùi xaùc laäp laø :

)()()()()( 121

2 kxQSSQkLxku TTT +ΦΓΓΓ+−=−= − cho heä voøng kín oån ñònh tieäm caän.

)()(10( kxLkx Γ−Φ=+ Chöùng minh : xem saùch [3]. Tröôøng hôïp Q xaùc ñònh döông, ñònh lí 3 laø raát ñaëc bieät. Khi boä ñieàu khieån LQ ñöôïc duøng, caùc cöïc ñaït ñöôïc töø

0)det( =Γ+Φ− LIλ

00

0

000000

det

212

121 =

−

ΓΦ+

ΓΦ

−

QQQQI

I

TT

T λ (34)

Phöông trình (34) ñöôïc goïi laø phöông trình Euler cuûa baøi toaùn LQ

Thí duï 2: Moâ taû heä con laéc ngöôïc

Heä con la éc ngöôïc ôû hình veõ. Heä goàm coù thanh cöùng vaø xe treân ñoù thanh ñöôïc treo. Xe di chuyeån treân ñöôøng ray tôùi phaûi hay traùi, phuï thuoäc vaøo löïc taùc ñoäng vaøo xe. Thanh chæ coù moät baäc töï do (quay quanh ñieåm treo). Nhieäm vuï ñieàu khieån chính laø giöõ con laéc caân baèng thaúng ñöùng vaø xe trong phaïm vi ñöôøng ray.

1.Moâ hình hoùa

Moâ hình toùan heä con laéc ngöôïc treân xe :





376

y θ&=2x

θ=1x G x l mg X 0 fx=u M

Hình 1: Heä con laéc ngöôïc

Giaû söû khoái löôïng vaät naëng taäp trung ôû giöõa con laéc. Xem xeùt con la éc treân xe minh hoïa ôû hình 1. Chuùng ta kyù hieäu θ laø goùc so vôùi

phöông thaúng ñöùng, L=2l , m vaø J laø chieàu daøi, khoái löôïng vaø moment quaùn tính ôû taâm troïng löôïng con laéc; M theå hieän khoái löôïng xe, vaø G theå hieän taâm troïng löôïng con laéc. Toïa ñoä theo truïc hoaønh vaø truïc tung cuûa con la éc ñöôïc cho bôûi :

θθ sinsin2

lXLXx +=+= (4.1)

θθ coscos2

lLy == (4.2)

θ Fy G Fx fx mg Fx Fy Mg Fy/2 Fy/2

Hình 2: Sô ñoà thaân töï do cuûa heä con la éc ngöôïc treân xe.





377

Sô ñoà thaân töï do cuûa xe vaø con la éc ñöôïc minh hoïa ôû hình 2, trong ñoù Fx vaø Fy theå hieän löïc phaûn öùng taïi ñieåm truïc. Xem xeùt con la éc ngöôïc tröôùc. Toång löïc ta coù caùc phöông trình sau :

θθθθ sincos 2&&&&& mlmlXmFx −+= (4.3)

θθθθ cossin 2&&& mlmlmgFy −−=− (4.4)

θθθ &&JlFlF xy =− cossin (4.5)

Xem xeùt löïc phöông ngang taùc ñoäng leân xe, ta coù laø :

xx FfXM −=&& (4.6)

Thay (4.6) vaøo (4.3), ta ñöôïc :

xfmlmlXmM =−++ 2)(sin)(cos)( θθθθ &&&&& (4.7)

Söû duïng (4.3), (4.4), (4.5) vaø tính toaùn ruùt goïn , ta ñaït ñöôïc :

0sin34cos =−+ θθθ mgmlXm &&&& (4.8)

Phöông trình (4.7) vaø (4.8) moâ taû ñoäng löïc hoïc heä con laéc ngöôïc .

Ñònh nghóa bieán traïng thaùi θ=1x , vaø .

2 θ=x

Ta suy ra :

2

2

)(cos34

.coscossinsin

θ

θθθθθθ

amllfaamlg x

−

−−=

&&&

hay : 2

2

)(cos3

)(4.coscossinsin)(

θ

θθθθθθ

mlmMlfmlgmM x

−+

−−+=

&&& (4.9)

trong ñoù chuùng ta ñaõ thay

12

2mLJ = , vaø mM

a+

=1




Vò trí xe :

mMmlf

X x

+−+

=])cos()[sin( 2 θθθθ &&&

&&

hay : 2

2

)(cos)(34

)cos()sin()sin(34

34

θ

θθθθ

mmM

mgmlfX

x

−+

−+=

&&& (4.10)

trong ñoù , thoâng soá con laéc laø :

Khoái löôïng xe M=1 kg, khoái löôïng con laéc m=0,1 kg, nöûa chieàu daøi con laéc l=0,5 m , gia toác troïng tröôøng g=9,8 m/s2 .

Yeâu caàu : Tuyeán tính hoùa heä taïi vi trí can baèng 0=θ Phöông trình (4.9) vaø (4.10) ñöôïc duøng moâ taû ñaëc tính ñoäng cuûa ñoái töôïng.

Phöông trình phi tuyeán (4.7) vaø (4.8) moâ taû heä.

Ñeå ñieàu khieån PID ta phaûi tuyeán tính hoùa heä taïi vi trí caân baèng 0=θ . Giaû söû goùc θ ñuû nhoû ñeå chuùng ta xaáp xæ sinθ =θ ,

cosθ =1 vaø θ 2θ& =0. Khi ñoù thay caùc xaáp xæ naøy vaøo (4.7) vaø (4.8) ta coù

xfmlXmM =++ θ&&&&)( (4.11)

θθ .34 mgmlXm =+ &&&& (4.12)

Tröôùc tieân chuùng ta tìm haøm truyeàn cuûa heä con laéc ngöôïc. Laáy bieán ñoåi Laplace hai veá (4.11) vaø (4.12) vôùi ñieàu khieän ñaàu zero ta ñöôïc:

usmlssXsmM =Φ++ )()(.)( 22 (4.13)

)()(34)( 22 smgsmlssXms Φ=Φ+ (4.14)

Vì )(sΦ laø goùc leäch so vôùi phöông thaúng ñöùng, nhö laø haøm cuûa traïng thaùi X(s). Giaûi phöông trình (4.14) ta ñöôïc

)(.3.4)( 2 sl

sgsX Φ

−= (4.15)

Thay phöông trình (4.15) vaøo (4.13), ta ñöôïc:

)()()(.3.4)( 22

2 sUsmlssslsgmM =Φ+Φ

−+ (4.16)

Saép xeáp laïi ta ñöôïc haøm truyeàn sau:

gmMslmMmlsUs

)().3

)(4(

1)()(

2 +++

−=

Φ (4.17)

Bieåu dieãn heä ôû daïng khoâng gian traïng thaùi, ta ñaët

====

xxxx

xx

&

&

4

3

2

1

θθ

(4.18)





379

)4(3134

mM

mguX

+

−=

θ&& (4.19)

mlmMlugmM

−+

−+=

3)(4

)( θθ&& (4.20)

Phöông trình tuyeán tính hoùa coù theå ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:

++

+−=

=−+

−−+

+=

=

umM

xmM

mgx

xx

umlmMl

xmlmMl

gmMx

xx

.)4(

4)4)(3/1(

.)().3/4(

1)().3/4(

)(

14

43

12

21

&

&

&

(4.21)

Vieát laïi (4.21) döôùi daïng ma traän:

u

mM

mlmMl

xxxx

mM

mg

mlmMl

gmM

xxxx

.

)4(40

)(34

10

000)4(

31

1000

000)(

34

)(0010

4

3

2

1

4

3

2

1

+

−+−

+

+−

−+

+

=

&&&&

(4.22)

Vì ta xeùt vò trí xe vaø vò trí goùc cuûa con laéc, ngoõ ra nhö sau:

u

xxxx

tyty

.00

01000001

)()(

4

3

2

1

2

1

+

=

(4.23)

Thay giaù trò M=1 kg; m=0,1 kg;l=0,5m;g=9,8m/s2 vaøo (4.22), ta ñöôïc:

u

xxxx

xxxx

.

975,00463,10

000717,0100000078,150010

4

3

2

1

4

3

2

1

−

+

−

=

&&&&

(4.24)

Yeâu caàu : Tuyeán tính hoùa heä taïi vi trí caân baèng 0=θ . Tìm phöông trình traïng thaùi moâ taû heä ôû daïng lieân tuïc. Rôøi raïc hoùa heä vôùi chu kì laáy maãu h=0,1 sec duøng khaâu ZOH. Thöïc hieän ñieàu khieån LQ.

9.11. Heä thoáng vôùi söï khoâng chaéc chaén

9.11.1.Öôùc löôïng traïng thaùi vôùi nhieãu ngaãu nhieân





380

Trong phaàn tröôùc chuùng ta giaû söû thoâng tin ño löôøng trong boä öôùc löôïng laø hoaøn haûo. Tuy nhieân nay laø tröôøng hôïp khoù vì moãi caûm bieán coù moat soá khieám khuyeát. Thí duï nhieãu ñieän cuûa caûm bieán coù theå ñöôïc moâ taû nhö laø bieán ngaãu nhieân theâm vaøo phöông trình ngoõ ra:

)()(.)( kTekTxCkTy += (1)

Moãi thaønh phaàn cuûa vectô nhieãu e(kT) ñöôïc moâ hình nhö laø chuoãi caùc bieán ngaãu nhieân, ôû daïng töø nhö laø soá ngaãu nhieân.

Khi nhieãu ño löôøng hieän dieän, phöông trình (1) ñöôïc duøng coù tính toaùn nhieãu. Caáu truùc öôùc löôïng ñöôïc thay ñoåi:

)](ˆ)()([)()(ˆ)](ˆ)([)()(ˆ)(ˆ

kTxCkTekTCxKkTukTxkTxCkTyKkTukTxTkTx

−++Γ+Φ=−+Γ+Φ=+

(2)

9.11.2. Heä môø

9.11.2.1.LOGIC MÔØ Heä môø laø heä thoáng döïa treân tri thöùc hay döïa treân luaät. Traùi tim cuûa heä môø

laø cô sôû tri thöùc goàm coù caùc luaät Neáu-Thì. Cha úng haïn luaät neáu – thì sau :

Neáu toác ñoä xe laø cao thì aùp duïng ít löïc . trong ñoù töø “cao” vaø “ít” ñöôïc ñaëc tröng bôûi haøm thaønh vieân töông öùng.

Heä môø ñöôïc öùng duïng trong maùy giaët, oån ñònh aûnh soá, trong xe hôi, cheá taïo xi maêng, ñieàu khieån môø ñöôøng xe löûa,vv...

9.11.2.1.1.Taäp môø

Ñònh nghóa taäp hôïp kinh ñieån Taát caû nhöõng ñoái töôïng xaùc ñònh naøo ñoù hôïp laïi taïo thaønh moät taäp hôïp, moãi

ñoái töôïng laø moät phaàn töû cuûa taäp hôïp. Thí duï : Taát caû nhöõng ngöôøi Vieät nam treân theá giôùi taïo thaønh taäp hôïp ngöôøi Vieät nam. Moãi ngöôøi Vieät nam laø moät phaàn töû cuûa taäp hôïp ñoù.

Neáu a laø phaàn töû cuûa taäp hôïp E ta noùi “ a thuoäc E” vaø vieát Ea ∈ . Neáu a khoâng laø phaàn töû cuûa E ta noùi “ a khoâng thuoäc E” vaø vieát Ea ∉ . Thí duï : 4 ∈ taäp hôïp caùc soá chaün.

Taäp roãng laø taäp hôïp khoâng coù phaàn töû naøo. Neáu moïi phaàn töû cuûa A cuõng laø phaàn töû cuûa B thì ta noùi A bao haøm trong

B hay A laø taäp con cuûa B. Kyù hieäu : BA ⊂ . Coøn coù moät phöông phaùp khaùc ñònh nghóa taäp roõ A - phöông phaùp thaønh

vieân, giôùi thieäu haøm thaønh vieân zero- moät (coøn goïi laø haøm ñaëc tröng) ñoái vôùi A vaø ñöïôc kyù hieäu )(xAµ ñeå maø :




∉

∈=

A x neáu 0A x neáu 1

)(xAµ (1)

Ñònh nghóa taäp môø

Ñònh nghóa 2.1 : Moät taäp môø trong cô sôû U ñöôïc ñaëc tröng bôûi haøm thaønh vieân )(xAµ maø laáy giaù trò trong khoaûng [0,1].

Taäp môø A trong U coù theå bieåu dieãn nhö laø taäp hôïp caùc caëp thöù töï phaàn töû x vaø giaù trò haøm thaønh vieân , nghóa laø : |))(,( UxxxA A ∈= µ (2)

Khi U lieân tuïc (ví duï U=R), A thöôøng ñöôïc vieát nhö sau : ∫=

UA xxA /)(µ (3)

trong ñoù daáu tích phaân khoâng kyù hieäu söï tích phaân , maø chæ bieåu thò taäp taäp taát caû ñieåm x∈U vôùi haøm thaønh vieân )(xAµ . Khi U rôøi raïc, A thöôøng ñöôïc vieát nhö sau: ∑=

UA xxA /)(µ (4)

Thí duï : Cho Z laø taäp môø “ caùc soá gaàn baèng 0”. Haøm thaønh vieân cuûa Z laø (hình 1) :

2

)( xZ ex −=µ (5)

trong ñoù x ∈R. Ñaây laø haøm Gauss vôùi trò trung bình baèng 0 vaø vi phaân chuaån baèng 1. Theo haøm thaønh vieân naøy, soá 0 vaø 2 thuoäc veà taäp môø Z vôùi baäc e0=1 vaø e-4 töông öùng .

µ 1 0 x

Hình 1 : Moät haøm thaønh vieân ñeå ñaëc tröng “caùc soá gaàn 0” Ñònh nghóa 2.2 : Mieàn xaùc ñònh cuûa taäp môø A trong cô sôû U laø moät taäp hôïp roõ maø chöùa taát caû caùc phaàn töû cuûa U maø khoâng chöùa giaù trò haøm thaønh vieân khaùc 0 trong A, nghóa laø : 0)(|)( >∈= xAxA Aµsupp (6)




trong ñoù supp(A) kyù hieäu mieàn xaùc ñònh cuûa taäp môø A. Neáu mieàn xaùc ñònh cuûa taäp môø laø roãng, thì ta coù taäp môø roãng. Taäp môø singleton laø taäp môø coù mieàn xaùc ñònh laø moät ñieåm trong U.

Taâm cuûa taäp môø ñöôïc ñònh nghóa nhö sau : neáu trò trung bình cuûa taát caû caùc ñieåm taïi ñoù haøm thaønh vieân cuûa taäp môø coù giaù trò cöïc ñaïi laø höõu haïn. Ñieåm xuyeân taâm cuûa taäp môø laø ñieåm trong maø coù haøm thaønh vieân trong A baèng 0,5.

Ñoä cao cuûa taäp môø laø giaù trò haøm thaønh vieân lôùn nhaát ñaït ñöôïc ôû baát kyø ñieåm naøo.Ví duï ñoä cao cuûa taäp môø ôû hình 1 laø baèng 1. Neáu ñoä cao cuûa taäp môø baèng moät, thì ta noùi taäp môø chính taéc.

Mieàn tin caäy cuûa taäp môø A (ñònh nghóa treân neàn U), ñöôïc kyù hieäu bôûi T , laø moät taäp con cuûa U thoûa maõn 1)(| =∈= xAxT Aµ (7)

Caùc pheùp toaùn treân taäp môø Töông töï nhö taäp hôïp, ta cuõng coù pheùp toaùn giao, hôïp, buø ñoái vôùi taäp môø.

Ñònh nghóa 2.3 : Chuùng ta noùi raèng taäp A vaø B laø baèng nhau neáu vaø chæ neáu )()( xx BA µµ = vôùi moïi x ∈U. Ta noùi B chöùa A, kyù hieäu A⊂B, neáu vaø chæ neáu )()( xx BA µµ ≤ vôùi moïi x ∈U. Buø cuûa taäp môø A laø moät taäp môø A trong U maø coù

haøm thaønh vieân ñöôïc ñònh nghóa bôûi : )(1)( xx AA µµ −= (8)

Hôïp cuûa A vaø B laø taäp môø trong U, kyù hieäu BA ∪ , coù haøm thaønh vieân ñöôïc ñònh nghóa bôûi : )](),(max[)( xxx BABA µµµ =∪ (9)

Giao cuûa A vaø B laø taäp môø trong U, kyù hieäu BA ∩ , coù haøm thaønh vieân ñöôïc ñònh nghóa bôûi : )](),(min[)( xxx BABA µµµ =∩ (10)

Ñònh lyù De Morgan coøn ñuùng cho taäp môø.Neáu A vaø B laø taäp môø thì

BABA

BABA

∪=∩

∩=∪−−−−−−

−−−−−−

(11)

Bieán ngoân ngöõ vaø giaù trò cuûa noù Quay laïi vôùi thí duï veà laùi xe oâ toâ [1]. Trong ñoù ñaïi löôïng toác ñoä coù nhöõng giaù

trò ñöôïc nhaéc ñeán döôùi daïng ngoân ngöõ nhö : - raát chaäm, - chaäm, - trung bình,




- nhanh , - raát nhanh. Moãi giaù trò ngoân ngöõ ñoù cuûa bieán toác ñoä ñöôïc xaùc ñònh baèng moät taäp môø ñònh

nghóa treân taäp neàn laø taäp caùc soá thöïc döông chæ giaù trò vaät lyù x (ñôn vò laø km/h) cuûa bieán toác ñoä v nhö 40 km/h, 50 km/h,..

Haøm lieân thuoäc töông öùng cuûa chuùng ñöôïc kyù hieäu baèng: µ raát chaäm(x), µ chaäm(x), µ trung bình(x), µ nhanh(x) vaø µ raát nhanh(x).

Nhö vaäy, bieán toác ñoä v coù hai mieàn giaù trò khaùc nhau:

-mieàn caùc giaù trò ngoân ngöõ N= raát chaäm, chaäm, trung bình, nhanh, raát nhanh -mieàn caùc giaù trò vaät lyù (mieàn caùc giaù trò roõ) V=x∈R|x≥0 Vaø moãi giaù trò ngoân ngöõ (moãi phaàn töû cuûa N) laïi ñöôïc moâ taû baèng moät taäp môø coù taäp neàn laø mieàn caùc giaù trò vaät lyù V.

9.11.2.1.2.Luaät hôïp thaønh môø a.Meänh ñeà hôïp thaønh

Cho hai bieán ngoân ngöõ x vaø y. Neáu bieán x nhaän giaù trò môø A vôùi haøm lieân thuoäc µA(x) vaø y nhaän giaù trò môø B coù haøm thuoäc µB(y) thì bieåu thöùc

x=A (12a) ñöôïc goïi laø meänh ñeà ñieàu kieän vaø

y=B (12b) laø meänh ñeà keát luaän . Kyù hieäu meänh ñeà (12a) laø p vaø (12b) laø q thì meänh ñeà hôïp thaønh

p⇒q (töø p suy ra q) hoaøn toaøn töông öùng vôùi luaät ñieàu khieån (meänh ñeà hôïp thaønh moät ñieàu kieän) Neáu x=A thì y=B (12c)

Meänh ñeà hôïp thaønh treân laø moät ví duï ñôn giaûn veà boä ñieàu khieån môø. b.Moâ taû meänh ñeà hôïp thaønh môø

Aùnh xaï )()( 0 yx CA µµ a chæ ra raèng meänh ñeà hôïp thaønh laø moät taäp maø moãi phaàn töû laø moät giaù trò ))(),(( 0 yx CA µµ , töùc laø moãi phaàn töû laø moät taäp môø. Moâ taû meänh ñeà hôïp thaønh töùc laø moâ taû aùnh xaï treân.

Baây giôø ta xeùt meänh ñeà hôïp thaønh môø, töùc laø meänh ñeà hôïp thaønh coù caáu truùc: Neáu x=A thì y=B (13a) hay µA(x) ⇒µB(y) vôùi µA,µB∈ [0,1] (13b) trong ñoù µA(x) laø haøm thuoäc cuûa taäp môø ñaàu vaøo A ñònh nghóa treân taäp neàn X vaø µB(y) laø haøm thuoäc cuûa B treân taäp neàn Y.

Coù hai quy taéc hôïp thaønh chính thöôøng ñöôïc söû duïng nhö sau :





384

Quy taéc hôïp thaønh MIN Giaù trò cuûa meänh ñeà hôïp thaønh môø (13) laø moät taäp môø B’ ñònh nghóa treân neàn Y (khoâng gian neàn cuûa B) vaø coù haøm thuoäc )(,min)(' yy BAB µµµ = (14) Quy taéc hôïp thaønh PROD

Giaù trò cuûa meänh ñeà hôïp thaønh môø (13) laø moät taäp môø B’ ñònh nghóa treân neàn Y (khoâng gian neàn cuûa B) vaø coù haøm thuoäc )()(' yy BAB µµµ = (15) µ µ a) µ chaäm (x) µ taêng (y) x0 x y µ µ b) µ chaäm (x) H µ taêng (y) )(' yBµ x0 x y µ µ c) µ chaäm (x) H µ taêng(y) )(' yBµ x0 x y

Hình 2 : a)Haøm thuoäc µ chaäm (x) vaø µ taêng (y) b) )(' yBµ xaùc ñònh theo quy taéc hôïp thaønh MIN

c) )(' yBµ xaùc ñònh theo quy taéc hôïp thaønh PROD Giaû söû raèng bieán ngoân ngöõ x chæ toác ñoä vaø y chæ söï taùc ñoäng ga xe. Luaät

ñieàu khieån cho xe chaïy vôùi toác ñoä trung bình khoâng ñoåi seõ töông ñöông vôùi meänh ñeà hôïp thaønh môø moät ñieàu kieän ñaàu vaøo

Neáu x= chaäm thì y= taêng (16)




vôùi µ chaäm(x), µ taêng (y) trong hình 2a). Keát quaû cuûa meänh ñeà hôïp thaønh (16) khi söû duïng quy taéc MIN (14) cho moät giaù trò roõ x=x0 ñaàu vaøo seõ laø moät taäp môø B’ coù taäp neàn cuøng vôùi taäp neàn cuûa µ taêng(y) vaø haøm thuoäc )(' yBµ laø phaàn döôùi cuûa haøm µ taêng(y) bò caét bôûi ñöôøng H=µ chaäm(x0) (xem hình 2b).

Hình 2c) bieåu dieãn haøm thuoäc B’ cho meänh ñeà hôïp thaønh (16) ñöôïc xaùc ñònh vôùi quy taéc PROD.

Nhö vaäy ta coù hai quy taéc hôïp thaønh xaùc ñònh giaù trò môø B’ cuûa meänh ñeà hôïp thaønh . Neáu haøm thuoäc )(' yBµ thu ñöôïc theo quy taéc MIN thì meänh ñeà hôïp thaønh coù teân goïi laø meänh ñeà hôïp thaønh MIN. Cuõng nhö vaäy meänh ñeà hôïp thaønh seõ ñöôïc goïi laø PROD, neáu )(' yBµ xaùc ñònh theo quy taéc PROD.

Kyù hieäu giaù trò môø ñaàu ra B’ öùng vôùi moät giaù trò roõ x0 taïi ñaàu vaøo thì haøm thuoäc cuûa B’ vôùi quy taéc hôïp thaønh MIN seõ laø

)(,min)(' yy BAB µµµ = (17) Goïi )( 0xH Aµ= (18) laø ñoä thoaû maõn meänh ñeà ñieàu kieän hay ngaén goïn laø ñoä thoûa maõn thì

)(,min)(' yHy BB µµ = (19) Vôùi quy taéc hôïp thaønh PROD, haøm thuoäc cuûa B’ seõ laø

)(.)()()( 0' yHyxy BBAB µµµµ == (20) Trong tröôøng hôïp tín hieäu ñaàu vaøo A’ laø moät giaù trò môø vôùi haøm thuoäc

)(' xAµ , ñaàu ra B’ cuõng laø moät giaù trò môø coù haøm thuoäc )(' yBµ laø phaàn döôùi cuûa haøm )(yBµ bò chaën treân bôûi ñoä thoaû maõn H ñöôïc xaùc ñònh theo nguyeân taéc “tình huoáng xaáu nhaát” nhö sau : )(),(minmax ' xxH AAx

µµ= (21)

c.Luaät hôïp thaønh môø

Luaät hôïp thaønh laø teân chung goïi moâ hình R bieåu dieãn moät hay nhieàu haøm thuoäc cho moät hay nhieàu meänh ñeà hôïp thaønh , noùi caùch khaùc luaät hôïp thaønh ñöôïc hieåu laø moät taäp hôïp cuûa nhieàu meänh ñeà hôïp thaønh. Moät luaät hôïp thaønh chæ coù moät meänh ñeà hôïp thaønh ñöôïc goïi laø luaät hôïp thaønh ñôn. Ngöôïc laïi neáu coù nhieàu hôn moät meänh ñeà hôïp thaønh, ta seõ goïi noù laø luaät hôïp thaønh keùp. Phaàn lôùn caùc heä môø trong thöïc teá ñeàu coù moâ hình luaät hôïp thaønh keùp.

Ta haõy xeùt moät thí duï veà luaät hôïp thaønh R bieåu dieãn moâ hình laùi oâ toâ goàm 3 meänh ñeà hôïp thaønh R1, R2, R3 cho bieán toác ñoä x vaø bieán ga y nhö sau : R1: Neáu x= chaäm thì y= taêng hoaëc R2: Neáu x= trung bình thì y= giöõ nguyeân hoaëc




R3: Neáu x= nhanh thì y= giaûm Vôùi moãi giaù trò vaät lyù x0 cuûa bieán toác ñoä ñaàu vaøo thì thoâng qua pheùp suy

dieãn môø ta coù ba taäp môø B1’, B2’, vaø B3’ töø ba meänh ñeà hôïp thaønh R1, R2, R3 cuûa luaät hôïp thaønh R. Laàn löôït ta goïi caùc haøm thuoäc cuûa ba taäp môø keát quaû ñoù laø

)(),(),( '3'2'1 yyy BBB µµµ . Giaù trò cuûa luaät hôïp thaønh R öùng vôùi x0 ñöôïc hieåu laø taäp môø R’ thu ñöôïc qua pheùp hôïp ba taäp môø B1’, B2’, vaø B3’:

R’=B1’∪B2’∪B3’ (22) Neáu caùc haøm thuoäc )(),(),( '3'2'1 yyy BBB µµµ thu ñöôïc theo quy taéc Min, vaø

pheùp hôïp (22) ñöôïc thöïc hieän theo luaät max thì R coù teân goïi laø luaät hôïp thaønh Max-Min. Cuõng vaäy R coøn coù nhöõng teân goïi khaùc nhö : -Luaät hôïp thaønh Max-Prod neáu )(),(),( '3'2'1 yyy BBB µµµ ñöôïc xaùc ñònh theo quy taéc hôïp thaønh PROD vaø pheùp hôïp (22) laø pheùp hôïp theo luaät max.

Toùm laïi, ñeå xaùc ñònh haøm thuoäc )(' yRµ cuûa giaù trò ñaàu ra R’ cuûa moät luaät hôïp thaønh coù n meänh ñeà hôïp thaønh R1, R2, .., Rn phaûi thöïc hieän caùc böôùc:

1) Xaùc ñònh ñoä thoûa maõn H1, H2,.., Hn theo (18) hoaëc (21) 2) Tính )(),...,(),( ''2'1 yyy BnBB µµµ theo (19) hay (20) 3) Caùc ñònh )(' yRµ theo (9)

9.11.2.1.3. Heä môø x trong U y trong V Taäp môø trong U Taäp môø trong V

Hình 3: Caáu hình cô baûn cuûa heä môø

Hình 3 minh hoïa caáu hình cô baûn cuûa heä môø [2] . Heä môø thöïc hieän aùnh xaï töø taäp U⊂ Rn vaøo taäp R. Ta gæa söû raèng nxUxUU ...1= , trong ñoù Ui⊂

Cô sôû luaät môø

Môø hoùa Giaûi môø

Cô cheá suy luaän môø




Rn, I=1,2,..,n. Chuùng ta seõ trình baøy chi tieát töøng khoái trong heä môø ôû hình 3. 9.11.2.1.3.1.Cô sôû luaät môø Cô sôû luaät môø goàm coù taäp hôïp caùc luaät môø NEÁU – THÌ :

R(l) : Neáu (x1 laø lF1 vaø .. vaø xn laø lnF ) thì y laø lG (23)

trong ñoù Uxxx Tn ∈= ),...,,( 21x vaø y ∈R laø ngoõ vaøo vaø ngoõ ra cuûa heä môø töông

öùng, liF vaø lG laø nhaõn cuûa taäp môø trong Ui vaø R töông öùng, vaø l=1,2,..,M. Moãi

luaät môø Neáu – Thì cuûa (23) ñònh nghóa keùo theo môø lln

l GxFxF →...1 , maø moãi taäp môø ñöôïc ñònh nghóa trong khoâng gian tích UxR. Döïa treân toång quaùt hoùa cuûa pheùp keùo theo trong logic ña trò, nhieàu luaät keùo theo môø ñöôïc ñeà nghò trong logic môø. ÔÛ ñaây, ta ñöa ra 4 luaät keùo theo môø thöôøng ñöôïc söû duïng : .Luaät toaùn töû Min cuûa keùo theo môø : )](),(min[),(

...... 11yy ll

nlll

nl GxFxFGxFxF

µµµ xx =→

(24)

. Luaät toùan töû tích cuûa keùo theo môø : )().(),(

...... 11yy ll

nlll

nl GxFxFGxFxF

µµµ xx =→

(25)

. Luaät soá hoïc cuûa keùo theo môø : )]()(1,1min[),(

...... 11yy ll

nlll

nl GxFxFGxFxF

µµµ +−=→

xx (26)

. Luaät Maximum cuûa keùo theo môø : )](1)),(),(max[min(),(

......... 111xxx l

nlll

nlll

nl xFxFGxFxFGxFxF

yy µµµµ −=→

(27)

trong ñoù )(...1

xln

l xFxFµ ñöôïc ñònh nghóa bôûi :

)(*...*)()( 1... 11nFFxFxF

xx ln

lln

l µµµ =x (28)

trong ñoù “*” kyù hieäu t-norm maø töông öùng vôùi lieân töø “vaø” trong (23); pheùp toaùn thöôøng ñöôïc duøng nhieàu nhaát cho t-norm laø : min(u, v) : pheùp giao môø u*v =uv : tích ñaïi soá (29) max(0, u+v-1) : tích bò chaën 9.11.2.1.3.2.Cô cheá suy luaän môø

Cô cheá suy dieãn môø thöïc hieän aùnh xaï töø taäp môø trong U vaøo taäp môø trong R, döïa treân luaät Neáu – thì trong cô sôû luaät môø vaø luaät toå hôïp suy dieãn. Cho Ax laø taäp môø duy nhaát trong U; theá thì moãi luaät R(l) cuûa (23) xaùc ñònh moät taäp môø , AxoR(l), trong R döïa treân luaät suy dieãn toå hôïp sup-star sau ñaây : )],(*)([sup)(

...1)( yy ll

nlzl

x GxFxFAUx

oRAxx

→∈

= µµµ (30)

trong ñoù * laø t-norm (29) vaø ),(...1

ylln

l GxFxFx

→µ ñöôïc xaùc ñònh bôûi luaät keùo theo môø

(24)-(27). Taäp môø cuoái cuøngAxo(R(1), ..,R(M)) xaùc ñònh bôûi taát




caû M luaät trong cô sôû luaät môø thì ñaït ñöôïc baèng caùch keát hôïp )()( ylxoRA

µ cuûa

(30) vôùi l=1,2,..,M söû duïng lieân keát môø : )(...)()( )()()()( ),...,(

yyy Mx

lx

Mlx oRAoRARRoA

µµµ ++= (31)

trong ñoù .+ kyù hieäu t-conorm; pheùp toaùn thöôøng ñöôïc duøng nhieàu nhaát cho t-

conorm laø : max(u,v) : pheùp hôïp môø

u .+ v=u+v-uv : toång ñaïi soá (32)

min(1, u+v) : toång bò chaën 9.11.2.1.3.3.Môø hoùa

Môø hoùa aùnh xaï ñieåm roõ Uxxx Tn ∈= ),...,,( 21x vaøo taäp môø Ax trong U. Coù

ít nhaát hai löïa choïn aùnh xaï naøy : (i) Ax laø singleton môø (vaïch) vôùi hoã trôï x, nghóa laø 1)'( =x

xAµ vôùi

xx =' vaø 0)'( =xxAµ cho vôùi moïi x ’∈U maø x’≠x.

(ii) 1)( =xxAµ vaø )'(x

xAµ giaûm daàn töø 1 khi x ’ ñi xa khoûi x , ví duï

−−−= 2

)'()'(exp)'(σ

µxxxxx

T

Ax, trong ñoù σ2 laø thoâng soá ñaëc tröng

hình daïng cuûa )'(xxAµ .

Trong lyù thuyeát, ngöôøi ta thaáy raèng môø hoùa singleton (i) ñöôïc duøng. Chuùng ta nghó raèng môø hoùa khoâng singleton (ii) coù theå höõu ích neáu ngoõ vaøo bò söûa ñoåi bôûi nhieãu.

9.11.2.1.3.4.Giaûi môø Giaûi môø aùnh xaï taäp môø trong R thaønh 1 ñieåm roõ trong R. Coù ít nhaát ba

loaïi aùnh xaï naøy : i) Giaûi môø cöïc ñaïi, ñònh nghóa nhö sau :

))'((suparg ),...,('

)()1( yy Mx RRoA

Ryµ

∈= (33)

trong ñoù )'(),...,( )()1( yM

x RRoAµ ñöôïc cho bôûi (31).

ii) giaûi môø trung bình troïng taâm (laø giaûi môø thöôøng ñöôïc duøng nhieàu nhaát ), ñöôïc ñònh nghóa nhö sau :

∑∑

=

== M

ll

oRA

M

ll

oRAl

y

yyy

lx

lx

1

1

))((

))((

)(

)(

µ

µ (33)

trong ñoù ly laø ñieåm trong R taïi ñoù )()( ylGµ ñaït giaù trò cöïc ñaïi, vaø )()( yl

xoRAµ

ñöôïc cho bôûi (30). iii)giaûi môø trung bình troïng taâm coù ñieàu chænh , ñònh nghóa nhö sau :




Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính –© Huyønh Minh Ngoïc 389

∑

∑=

== M

lll

oRA

M

lll

oRAl

y

yyy

lx

lx

1

1

)/)((

)/)((

)(

)(

σµ

σµ (34)

trong ñoù σl laø moät tham soá ñaëc tröng hình daïng cuûa )()( ylG

µ ñeå maø hình daùng )()( ylG

µ caøng heïp thì σl caøng nhoû hôn; thí duï, neáu

−−= 2

2)(exp)(σ

µl

G

yyyl thì ljσ laø moät tham soá.

9.11.2.1.4.Boä ñieàu khieån môø 9.11.2.1.4.1.Phöông phaùp Mamdani vaø Larsen

ÖÙng duïng ñaàu tieân cuûa logic môø ñöôïc phaùt trieån bôûi E.H. Mamdani vaøo naêm 1974. E.H. Mamdani thieát keá heä thoáng ñieàu khieån môø thöïc teá cho toå hôïp noài hôi vaø maùy hôi nöôùc baèng caùch toång hôïp taäp hôïp caùc luaät ñieàu khieån phaùt bieåu laáy töø kinh nghieäm ngöôøi ñieàu haønh. Phöông phaùp noåi tieáng ñöôïc bieát cho tôùi ngaøy nay laø phöông phaùp Mamdani.

Ñoái vôùi phöông phaùp Mamdani vaø Larsen, cô sôû luaät tieâu bieåu coù daïng sau : Rj: Neáu x laø Aj thì u laø Bj, vôùi j=1,2,..,r trong ñoù x=(x1,x2,..,xn)∈X vaø u∈U, vaø Aj(x)=mini=1,2,..,n Aji(xi) cho Aj=A1jxA2jx..xAnj : X=X1xX2x..xXnà[0,1] Bj : Uà [0,1] trong ñoù Aj, Bj laø nhöõng bieán ngoân ngöõ tieàn ñeà vaø keát quaû (thí duï “nhoû’, “lôùn”) ñöôïc theå hieän bôûi nhöõng taäp môø vaø r laø soá quy luaät môø trong moâ hình. Moâ hình môø ngoân ngöõ ñöôïc duøng ñeå theå hieän kieán thöùc ñònh tính.

Phöông phaùp Mamdani söû duïng cô cheá suy dieãn Max-Min, coøn phöông phaùp Larsen duøng pheùp suy dieãn Max-Prod. Chuùng ta giaûi môø baèng caùch söû duïng phöông phaùp vuøng troïng taâm (33).

+ -

Hình 4: Heä thoáng ñieàu khieån môø tröïc tieáp 9.11.2.1.4.2. Ñieàu khieån môø döïa treân moâ hình Phöông phaùp Takagi-Sugeno

Moät tieáp caän höõu ích khaùc cho ñieàu khieån môø laø daïng haøm cuûa heä môø, theo Takagi vaø Sugeno, môø hoùa khoâng coøn caàn thieát. Phöông phaùp ñieàu

Boä ñieàu khieån môø

Ñoái töôïng





khieån môø döïa treân moâ hình cô baûn (hình 5) coù theå ñöôïc söû duïng khi noù coù theå moâ taû ñoäng hoïc cuûa heä cuïc boä.

Cô sôû luaät trong tröôøng hôïp naøy coù daïng sau : Rj: Neáu x1 laø Aj1 vaø .. vaø xn laø Ajn thì u=fj(x1,x2,..,xn) trong ñoùj=1,2,..,r vaø xi laø giaù trò cuûa bieán ngoõ vaøo, fj laø haøm, vaø Aij taïo neân phaân hoaïch môø trong khoâng gian vaøo. Laáy tích cuûa taát caû caùc Aij, chuùng ta coù theå bieåu dieãn caùc luaät ôû daïng ñôn giaûn hôn Rj : “ Neáu x laø Aj thì uj=fj(x1,x2,..,xn)” Ñoä maïnh chaùy cuûa moãi luaät Rj laø Aj(x), vaø giaù trò ñieàu khieån ngoõ ra toaøn cuïc ñöôïc tính bôûi coâng thöùc :

∑

∑

=

== r

jj

r

jjj

xA

xfxAxu

1

1

)(

)()()(

Chuù yù raèng phaàn tieàn ñeà thì coù daïng gioáng vôùi phöông phaùp Mamdani vaø Larsen, nhöng phaàn keát quaû thì coù daïng khaùc.

Trong phöông phaùp Takagi-Sugeno, moãi haøm fj laø moät haøm tuyeán tính

∑=

+=n

iiijjnj xaxxf

101 ),...,( α

Takagi vaø Sugeno (1985) ñaõ phaùt trieån tieáp caän nhaän daïng coù khaû naêng ruùt trích luaät ñieàu khieån töø ngöôøi vaän haønh laønh ngheà, vaø khaúng ñònh raèng phöông phaùp coù theå duøng ñeå nhaän daïng moâ hình quaù trình ôû daïng luaät vaø ñaït ñöôïc luaät ñieàu khieån döïa treân moâ hình nhaän daïng. Tín hieäu ñaët Ngoõ ra

Hình 5: Ñieàu khieån môø döïa treân moâ hình

Thieát keá boä ñieàu khieån

Moâ hình môø

Quaù trình ñieàu khieån

Boä ñieàu khieån môø





[1]. Nguyeãn Doaõn Phöôùc, Phan Xuaân Minh, Lyù thuyeát ñieàu khieån môø, NXB KHKT, Haø noäi, 2002.

[2]. L.X. Wang, “Stable adaptive fuzzy controllers with application to inverted pendulum tracking,” IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., vol. 26, pp.677-691, October 1996.

Caâu hoûi vaø baøi taäp: Chöông 9: Heä thoáng ñieàu khieån soá 1. Heä lieân tuïc coù phöông trình traïng thaùi : xxx cybuA =+= ;&

vôùi

−

=10

10A ;

=

10

b ; [ ]01=c

a)Giaùn ñoaïn hoùa phöông trình treân vôùi T=1 sec. b) Vôùi heä kín nhö hình sau , vieát phöông trình rôøi raïc cuûa heä xd(t) e(t) u T y=x1

ZOH 2.Boä ñieàu khieån PI:

s

KKsEsU I

P +=)()(

Thieát keá boä ñieàu khieån PI rôøi raïc duøng phöông phaùp bieán ñoåi ngöôïc. 3.Moät heä baäc 2 Gp(s): )(1

21 tuyTyT =+ &&&

ZOH a) Vieát phöông trình traïng thaùi heä lieân tuïc vôùi yxyx &== 21 , b) Vieát phöông trình traïng thaùi heä rôøi raïc , cho T1=1 sec vaø chu kì laáy maãu

T=0,2 sec. 4.Boä ñieàu khieån PID:

sKs

KKsEsU

DI

P .)()(

++=

Thieát keá boä ñieàu khieån PID rôøi raïc duøng phöông phaùp bieán ñoåi hình thang(song tuyeán tính).

5.Tr ình b ày đi ều khi ển ON/OFF v à d ạng c ơ b ản c ủa b ộ đi ều khi ển PID li ên t ục . 6. Trình baøy sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån soá voøng kín.

se Ts−−1

buAxx +=& C

se Ts−−1

Gp(s)





7.Cho )10)(2()20)(1()(

++++

=sssssG

Duøng caùc kyõ thuaät bieán ñoåi tìm G(z), T=0,1 sec -biến ñổi thuận -biến ñổi ngược -hình thang (song tuyến tính) 8. Duøng MATLAB ñeå bieán ñoåi töø töông töï sang giaùn ñoaïn vaø ngöôïc laïi:

a)Cho haøm truyền )1(

1)(+

=ss

sG , tìm G(z), T=1 sec, ‘ZOH’.

b)Cho 3679,0368,1

2642,0369,0)( 2 +−+

=zz

zzG , tìm G(s), T=1 sec, ‘ZOH’.

9. Ñieàu khieån soá baèng maùy tính CNC : ñaëc ñieåm vaø öùng duïng. 10. Thí duï veà ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính

a.Hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ duøng maùy tính PC-IBM/ vi xöû lí. b.Hệ thống ñiều khiển toác ñoä ñoäng cô DC duøng vi xöû lí c.Điều khiển ñeøn giao thoâng duøng vi ñiều khiển 89C51. d. Boä ñieàu khieån cöôøng ñoä saùng duøng vi xöû lí .

11.Boä ñieàu khieån PI:

s

KKsEsU I

P +=)()(

Thieát keá boä ñieàu khieån PI rôøi raïc duøng phöông phaùp bieán ñoåi thuận.

12. Laáy maãu heä lieân tuïc vôùi haøm truyeàn : )2(

1)(+

=ss

sGp duøng maïch giöõ baäc

khoâng ZOH vaø T=1sec. Xaùc ñònh phöông trình traïng thaùi rôøi raïc. r u y T

ZOH 13.Boä ñieàu khieån PD:

sKKsEsU

DP .)()(

+=

Thieát keá boä ñieàu khieån PD rôøi raïc duøng phöông phaùp bieán ñoåi ngöôïc. 14. Moâ hình chuaån hoùañôn giaûn cuûa ñoäng cô ñieän DC ñöôïc cho nhö sau:

Vieát phöông trình traïng thaùi rôøi raïc. 15.Xaùc ñònh phöông trình traïng thaùi heä rôøi raïc töø heä lieân tuïc sau :

[ ]xy

uxdtdx

0110

.20

10

=

+

−

=

Cho T= 1sec.

se Ts−−1

Gp(s)

[ ]xy

uxdtdx

.1001

.0101

=

+

−=





16. Cho ( ) )(.01)(

)(.0952,0

00484,0)(.

905,000952,01

)1(

kxky

kukxkx

=

+

=+

Phöông phaùp ñaët cöïc coù luaät ñieàu khieån hoài tieáp :

( )

−=

2

121 x

xkku

T=0,1 sec. Cöïc naèm ôû 0,888±j0,713 Phöông trình ñaëc tröng : z2-1,776z+0,819 Söû duïng coâng thöùc Ackermann tìm K=[k1 k2]. 17. Cho heä con laéc ngöôïc ñöôïc moâ taû bôûi heä phöông trình sau :

Chuùng ta xem xeùt heä con laéc ngöôïc ôû hình sau vaø cho θ=1x laø goùc

cuûa con laéc so vôùi phöông thaúng ñöùng, vaø cho .

2 θ=x laø vaän toác goùc töông öùng cuûa vaät.

θ&=2x

θ=1x l mg f=u

Hình : Heä con laéc ngöôïc

Phöông trình ñoäng cuûa heä con laéc ngöôïc ñöôïc cho nhö sau :

)).,(),((10

0010

21212

1

2

1 duxxgxxfxx

xx

++

+

=

&&

[ ]

=

2

101xx

y

trong ñoù





)(34cos.

cos),(

)(34cos.

cos.).(cossin),(

12

121

12

11122

21

mMlxml

xxxg

mMlxml

xgmMxxmlxxxf

+−

−=

+−

+−=

vaø g=9,8 m/s2 laø gia toác troïng tröôøng. M laø khoái löôïng xe, m laø khoái löôïng con laéc, l laø nöûa chieàu daøi cuûa con laéc, u laø löïc taùc duïng, nghóa laø tín hieäu ñieàu khieån vaø d laø nhieãu ngoaøi tieàn ñònh. Trong ví duï naøy, ta choïn M= 1 kg, m=0,1 kg, l=0,5 m. Ñeå thuaän tieän moâ phoûng , nhieãu ngoaøi d tieàn ñònh ñöôïc giaû thieát laø soùng vuoâng vôùi bieân ñoä +/- 0,1 vaø chu kì 2π. ÔÛ ñaây tín hieäu mong muoán laø giaû thieát yr=(π/30).sin(t) vaø ngoõ ra heä y laø ño ñöôïc. Nhieäm vuï ñieàu khieån cuûa ta laø ñieàu khieån traïng thaùi x1 cuûa heä thoáng baùm theo quyõ ñaïo cuûa tín hieäu mong muoán yr. Ñieàu khieån lqr heä con laéc ngöôïc treân. Cho chu kì laáy maãu laø h=0,1 sec.

Tham khaûo :

[1].Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [3].K.J.Astrom,B.J Wittenmark, Computer-Controlled Systems - Theory and Design, Prentice Hall, 3rd ed., 1997. Maõ chöông trình C cho boä ñieàu khieån PID döïa treân rôøi raïc hoùa Tustin (phöông phaùp hình thang): xem [3], trang 318-319. [4]. Hans B. Kief, T. Frederick Waters, Computer numerical control, Glencoe, McGraw-Hill, International Editions 1992. [5].Ramakant Gayakwad, Leonard Sokoloff, Analog and Digital control systems, Prentice Hall NJ, 1990. [6]. Hoà Trung Myõ, Vi xöû lyù, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2003. [7]. Toáng Vaên On, Hoï Vi ñieàu khieån 8051, NXB LÑXh, 2001. [8]. Vaên Theá Minh, Kyõ thuaät xi xöû lyù, NXB Giaùo duïc, 1997. [9]. Phaïm Quang Trí, Vi xöû lyù, tröôøng ÑHCN Tp. HCM, 2006. [10]. I. Scott Mackenzie, The 8051 microcontroller, Prentice Hall, 1995. [11].Douglas V. Hall, Microprocessors and Interfacing, 2nd ed, Prentice Hall, 1992. [12]. PC-AT Technical Reference.





CHƯƠNG 10: MAÏNG TRUYEÀN THOÂNG COÂNG NGHIEÄP 10.1.Khaùi niệm

Sô ñoà keát noái heä thoáng môû OSI: Lôùp 7 6 5 4 3 2 1 Keânh vaät lyù

Hình 10.1: Moâ hình keát noái OSI *Lôùp vaät lyù: lôùp naøy goàm coù caùc giao tieáp ñieän, cô khí vaø quang hoïc cuøng vôùi phaàn meàm ñieàu khieån thieát bò cho caùc coång truyeàn thoâng COM, USB.. ÔÛ lôùp naøy taát caû chi tieát veà moâi tröôøng truyeàn thoâng, möùc tín hieäu, taàn soá ñeàu ñöôïc kieåm soaùt. Lôùp vaät lyù laø keát noái thöïc duy nhaát giöõa hai node (vò trí lieân laïc). * Lôùp lieân keát döõ lieäu: lôùp naøy cung caáp cho ñaûm baûo raèng chuoãi bit ñöôïc truyeàn ñuùng ñaén giöõa hai node. Neáu coù sai soùt xaûy ra, thí duï nhieãu ñöôøng truyeàn, lôùp naøy yeâu caàu truyeàn laïi chuoãi bit. Lôùp lieân keát döõ lieäu theå hieän tôùi lôùp cao hôn moät lieân keát döõ lieäu khoâng coù loãi giöõa caùc node. * Lôùp maïng: lôùp naøy thieát laäp ñöôøng ñi nay ñuû vaø quan saùt raèng thoâng ñieäp ñi khaép caùc ñöôøng töø nguoàn tôùi ñích, ngay caû khi ñöôøng daãn goàm nhieàu phaàn qua caùc node.

ÖÙng duïng

Trình dieãn

Phieân

Vaän chuyeån

Maïng

Lieân keát döõ lieäu

Vaät lí

ÖÙng duïng

Trình dieãn

Phieân

Vaän chuyeån

Maïng

Lieân keát döõ lieäu

Vaät lí





* Lôùp vaän chuyeån: lôùp naøy cung caáp kieåm soaùt truyeàn thoâng ñieåm –ñieåm ñeán vaø laø nôi giao tieáp giöõa caùc phaàn meàm öùng duïng yeâu caàu truyeàn döõ lieäu vaø maïng ngoaøi. Lôùp naøy coù nhieäm vuï kieåm tra raèng döõ lieäu töø moät maùy naøy tôùi moät maùy khaùc ñöôïc truyeàn vaø nhaän ñuùng ñaén. * Lôùp phieân: caûi tieán lôùp vaän chuyeån baèng caùch theâm vaøo dòch vuï ñeå hoã trôï caùc hoaït ñoäng caùc hoaït ñoäng nay ñuû giöõa caùc maùy. Thí duï: login(ñaêng nhaäp), vaøo maïng baèng maùy tính ôû xa. *Lôùp trình dieãn: maõ hoùa döõ lieäu vaø chuyeån ñoåi trong ñoù döõ lieäu nhò phaân thoâ ñöôïc chuyeån thaønh caùc yù nghóa cuûa noù: thoâng ñieäp, vaên baûn, hình aûnh.. xaûy ra ôû lôùp naøy. * Lôùp öùng duïng: lôùp cao nhaát, cung caáp caùc taùc vuï quaûn lí heä thoáng öùng duïng nhö laø truyeàn file, taùc vuï cô sôû döõ lieäu phaân boá vaø ñieàu khieån töø xa(email, ftp, truyeàn file..). Maïng cuïc boä :(LAN-Local Area network) Maïng cuïc boä ñöôïc duøng ñeå noái nhieàu vò trí (goïi laø node) vôùi nhau, ñeå chuùng coù theå lieân laic vôùi nhau. LAN ñöôïc noái duøng caùp xoaén hay ñoàng truïc . Tuøy vaøo phöông thöùc laøm vieäc, LAN coù theå ñöôïc xaây döïng voøng hay keát thuùc môû. Caáu hình maïng (Topology network): (Hình 10.2) -sao. -voøng. -Bus.

H10.2: Topology network

Caùc toå chöùc thöïc hieän chuaån hoùa maïng maùy tính: -ISO (International Organization for Standardization) laø toå chöùc tieâu chuaån hoùa quoác teá hoaït ñoäng döôùi söï baûo trôï cuûa lieân hieäp quoác vôùi thaønh vieân laø caùc cô quan tieâu chuaån hoùa cuûa caùc quoác gia. ISO ñöôïc toå chöùc thaønh caùc ban kyõ thuaät (Technical Committee-TC) phuï traùch caùc lònh vöïc khaùc nhau.





-CCITT (Commiteù Consultatif International pour Teùleùgraphe et Teùleùphone) laø toå chöùc tö vaán quoác teá veà ñieän tín vaø ñieän thoaïi cuõng hoïat ñoäng döôùi söï baûo trôï cuûa Lieân Hieäp Quoác, vôùi caùc thaønh vieân chuû yeáu laø caùc cô quan Böu chính –Vieãn thoâng cuûa caùc quoác gia hoaëc tö nhaân. -Ngoaøi ra coøn coù ECMA (European Computer Manufactures Association), ANSI (American National Standards Institute), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)-hoäi caùc kyõ sö ñieän vaø ñieän töû,.. laø nhöõng toå chöùc coù nhieàu ñoùng goùp quan troïng trong vieäc chuan hoùa maïng. Ñaëc bieät IEEE laø toå chöùc tieân phong vaø chuû ñaïo ñoái vôùi vieäc tieâu chuan hoùa maïng cuïc boä.

10.2.Maïng Ethernet vaø bus tröôøng 10.2.1.Ethernet

Network control (tôùi lôùp cao hôn) Sub layer 2.2 802.2 LLC Sublayer 2.1 802.3 802.4 802.5 MAC Hình 10.3: IEEE/ISO network standard constructing for OSI layer 2. Physical medium : moâi tröôøng truyeàn thoâng. LLC: logical link control: kieåm soaùt lieân keát logic. MAC: Medium Access control: kieåm soaùt truy xuaát moâi tröôøng Chuaån IEEE 802.1: laø chuan ñaëc taû kieán truùc maïng, keát noái giöõa caùc maïng vaø vieäc quaûn trò maïng ñoái vôùi maïng cuïc boä. Chuaån IEEE 802.2 (ISO 8802-2: kieåm soaùt lieân keát logic LLC): laø chuan ñaëc taû taàng LLC (dòch vuï, giao thöùc) cuûa maïng cuïc boä. Chuaån IEEE 802.3: laø chuan ñaëc taû maïng cuïc boä döïa treân maïng Ethernet noåi tieáng do Digital, Intel vaø Xerox hôïp taùc phaùt trieån töø name 1980 (luùc ñoù goïi laø DIX Ethernet version 1.0 ñeán name 1982 thì version 2.0 ra ñôøi). IEEE 802.3 bao goàm caû taàng vaät lyù vaø taàng con MAC vôùi caùc ñaëc taû sau: -Ñaëc taû dòch vuï MAC. -Giao thöùc MAC. -Ñaëc taû vaät lí ñoäc laäp vôùi ñöôøng truyeàn. -Ñaëc taû vaät lí phuï thuoäc ñöôøng truyeàn.

Physical medium





Ñaëc taû dòch vuï MAC ñònh nghóa caùc dòch vuï maø IEEE 802.3 cung caáp cho taàn LLC hoaëc ngöôøi söû duïng ôû taàng cao hôn. Phaàn coat loõi cuûa IEEE 802.3 laø giao thöùc MAC döïa treân phöông thöùc CSMA/CD. CSMA/CD laø phöông phaùp ña truy nhaäp söû duïng soùng mang coù phaùt hieän xung ñoät. Phöông phaùp truy nhaäp ngaãu nhieân naøy ñöôïc söû duïng cho topo daïng bus. Moïi traïm ñeàu coù theå truy nhaäp vaøo bus chung (ña truy nhaäp) moat caùch ngaãu nhieân vaø do vaäy raát coù theå daãn ñeán xung ñoä (hai hoaëc nhieàu traïm ñoàng thôøi truyeàn döõ lieäu). Döõ lieäu ñöôïc truyeàn ñi theo daïng chuan trong ñoù coù vuøng thoâng tin ñieàu khieån chöùa ñòa chæ cuûa döõ lieäu. Ñeå phaùt hieän xung ñoät , CSMA/CD duøng giaûi thuaät kieân nhaãn: traïm tieáp tuïc “nghe” ñeán khi ñöôøng truyeàn roãi thì truyeàn döõ lieäu ñi vôùi xaùc suaát baèng 1 (1-persistent) vaø CSMA/CD boå sung theâm qui taéc: . Khi moat traïm ñang truyeàn, noù vaãn tieáp tuïc “nghe ñöôøng truyeàn. Neáu phaùt hieän thaáy xung ñoät thì noù ngöng ngay vieäc truyeàn nhöng vaãn göûi tín hieäu soùng mang theâm moat thôøi gian nöõa ñeå ñaûm baûo raèng taát caû caùc traïm treân maïng ñeàu coù theå “nghe” ñöôïc söï kieän xung ñoät ñoù. . Sau ñoù traïm chôø ñôïi trong moät thôøi ñoaïn ngaãu nhieân naøo ñoù roài thou truyeàn laïi theo qui taéc cuûa CSMA/CD. Roõ raøng vôùi CSMA/CD, thôøi gian chieám duïng voâ ích ñöôøng truyeàn ñöôïc giaûm xuoáng baèng thôøi gian duøng ñeå phaùt hieän xung ñoät. Phöông phaùp truy nhaäp coù ñieàu khieån chuû yeáu duøng kyõ thuaät chuyeån theû baøi (token passing) ñeå caáp phaùt quyeàn truy nhaäp ñöôøng truyeàn (töùc laø quyeàn ñöôïc truyeàn döõ lieäu ñi). Theû baøi ôû nay laø moat ñôn vò döõ lieäu ñaëc bieät, coù kích thöôùc vaø noäi dung (goàm caùc thoâng tin ñieàu khieån) ñöôïc qui ñònh rieâng chomoãi phöông phaùp. Coù hai phöông phaùp tieâu bieãu laø : moat cho topo daïng bus (token bus) vaø moät cho topo daïng voøng (token ring). Taàng vaät lyù cuûa IEEE 802.3 ñöôïc chia laøm hai phaàn. Phaàn ñoäc laäp vôùi ñöôøng truyeàn ñaëc taû giao dieän giöõa caùc taàng MAC vaø vaät lyù. Phaàn phuï thuoäc ñöôøng truyeàn laø baét buoäc phaûi coù vaø ñaëc taû giao dieän vôùi ñöôøng truyeàn cuûa LAN vaø caùc tín hieäu trao ñoåi vôùi ñöôøng truyeàn. Phaàn naøy cho nhieàu khaû naêng choïn khaùc nhau veà kieåu ñöôøng truyeàn, phöông thöùc truyeàn tín hieäu (töông töï hoaëc soá) vaø toác ñoä truyeàn. Hieän taïi coù caùc phöông aùn sau nay cho taàng vaät lyù cuûa IEEE 802.3 vôùi caùch ñaët teân qui öôùc theo boä 3: -Toác ñoä truyeàn tín hieäu: 1, 10 hoaëc 100 Mb/s. -BASE (neáu laø baseband) hoaëc BROAD (neáu laø broadband). -Chæ ñònh ñaëc tröng ñöôøng truyeàn. . 1BASE5: toác ñoä 1 Mb/s, duøng caùp UTP (xoaén ñoâi) vôùi phaïm vi tín hieäu lean tôùi 500 m (250m/segment), topo hình sao. . 10BASE 5: duøng caùp ñoàng truïc beùo ñöôøng kính lôùn (10 mm), trôû khaùng 50 ohm, toác ñoä 10 Mb/s, phaïm vi tín hieäu 500m/segment, topo daïng bus. Phöông aùn naøy goïi laø Thick Ethernet hay Thicknet. . 10BASE 2: .10BASE-F:





.10BROAD 36:

. 10BASE T:duøng caùp UTP, topo hình sao, toác ñoä 100 Mb/s, khoaûng caùch töø HUB tôùi traïm toái ña laø 100 m. . 100 BASE-T: töông töï nhö 10BASE-T nhöng toác ñoä cao hôn laø 100 Mb/s. IEEE 802.4: laø chuan ñaëc taû maïng cuïc boä vôùi topo daïng bus söû duïng theû baøi ñeå ñieàu khieån truy nhaäp ñöôøng truyeàn. IEEE 802.5: laø chuan ñaëc taû maïng cuïc boä vôùi topo daïng voøng söû duïng theû baøi ñeå ñieàu khieån truy nhaäp ñöôøng truyeàn.

Ethernet IEEE802.3 Network terminator Ethernet cable terminator wiretap

Hình 10.4: Caáu hình Ethernet vôùi wiretap Maïng Ethernet ñöôïc phaùt trieån bôûi coâng ty Xerox naêm 1970, sau ñoù ñöôïc

hoã trôï bôûi caùc coâng ty Xerox, Intel, Digital Equipment naêm 1978. Ethernet tuaân theo nghi thöùc IEEE 802.3. Moâi tröôøng vaät lyù cuûa Ethernet laø caùp ñoàng truïc moûng 10 Base-2 Ø 0,25 inch (gioáng caùp TV), toång trôû 50Ω RG-58, caùp ñoàng truïc daøy 10 base-5 Ø 0,5 inch, vaän toác truyeàn 10 Mbit/sec, chieàu daøi toái ña 500m; daây ñoâi xoaén boïc giaùp STP, daây ñoâi xoaén boïc giaùp UTP 10base-T, vaän toác truyeàn 1 Mbps, sôïi quang 10base-F. Chuaån Ethernet toác ñoä cao 10 Mbps duøng caùc loaïi caùp 100 base FX, 100 base 4, 100 base TX. Ethernet duøng trong maïng LAN, noäi boä. Ngaøy nay Ethernet ñöôïc xem nhö truï coat cuûa maïng coâng nghieäp keát noái caùc maùy traïm vôùi PLC vaø quaù trình saûn xuaát do giaù thaønh maïng thaáp vaø coù saün ôû haàu heat coâng ty, xí nghieäp. Ethernet xaùc ñònh lôùp 1 vaø 2 cuûa OSI. Thoâng tin truyeàn ñi treân maïng laø tín hieäu soá maõ hoùa Manchester vaø ñieàu cheá soùng mang kieåu baseband (daõi neàn). Vaán ñeà giaûi quyeát ôû maïng laø traùnh xung ñoät khi coù hai hay nhieàu node cuøng phaùt tin. Phöông phaùp thöôøng duøng laø CSMA/CD (ña truy caäp caûm bieán soùng mang phaùt hieän xung ñoät). Phöông phaùp khaùc laø duøng theû baøi tuyeán, ñoù laø moät maãu bit ñaëc bieät löu thoâng trong voøng logic cho ñeán khi noù ñeán moät node caàn truyeàn, node naøy seõ chieám giöõ theû vaø truyeàn tin. 10.2.2. Bus trường 10.2.2.1.Bus tröôøng :

Unit 1

Unit 2 Unit 3





1/Giaûi phaùp cho truyeàn thoâng traïm caáp thaáp. Trong öùng duïng coâng nghieäp, chia xeû lôùn nhaát coâng vieäc (vaø giaù thaønh) cho

thu thaäp döõ lieäu khoâng ôû xöû lyù trung taâm maø baét nguoàn töø hieän tröôøng nôi thieát bò ñöôïc caøi ñaët. Ñeå ñaït thuaän lôïi cuõa kyõ thuaät soá, coù nhu caàu phaùt trieån trong theá giôùi coâng nghieäp veà moät chuaån soá môùi cho truyeàn thoâng caáp thaáp; chuaån naøy ñöôïc bieát ñeán laø bus tröôøng.

Chuaån bus tröôøng ñöôïc chaáp nhaän roäng raõi cuõng nhö tröôøng hôïp voøng doøng ñieän 4-20 mA. Khaû naêng môû roäng cuûa bus tröôøng laø ñaùng ghi nhaän. Hoäi IEC (International Electrotechnical Commission) laøm vieäc treân chuaån bus tröôøng quoác teá. Töông töï nhö MAP, chuaån bus tröôøng seõ ñaûm baûo lieân noái giöõa caùc thieát bò khaùc nhau noái chung moâi tröôøng vaät lyù. 2/FIP (Factory Instrumentation Protocol)

Bus tröôøng do Phaùp ñöa ra, duøng caùp xoaén, toác ñoä truyeàn daãn 31,25 kbit/s, 1 Mbit/s vaø 2,5 Mbit/s. Chieàu daøi cable cho moät segment laø 500m hoaït ñoäng ôû 1Mbit/s vaø thay ñoåi tuøy thuoäc vaøo toác ñoä cuï theå. Nhieàu segment coù theå noái vôùi nhau thoâng qua repeater vaø soá traïm toái ña trong segment laø 32 vaø cho toaøn heä thoáng laø 256. Taát caû haøm giao tieáp ñöôïc chöùa trong maïch tích hôïp goïi laø FULLFIP. Maïch tích hôïp naøy ñöôïc noái vôùi CPU cuûa thieát bò truyeàn thoâng (PLC, caûm bieán thoâng minh,..) vaø treân phía kia vôùi bus FIP. 3/PROFIBUS (Process Fieldbus): bus tröôøng quaù trình

PROFIBUS ñöôïc hoã trôï bôûi caùc nhaø saûn xuaát Ñöùc. Noù ñöôïc phaùt trieån ñaàu tieân bôûi söï hôïp taùc cuûa boä nghieân cöùu vaø coâng ngheä lieân bang Ñöùc vaø hieän nay trôû thaønh chuaån Ñöùc (DIN 19245). Gioáng nhö caùc bus tröôøng khaùc, PROFIBUS goàm lôùp 1,2, vaø 7 (lôùp vaät lí, lieân keát döõ lieäu vaø öùng duïng). Profibus cho pheùp chuaån cuõ toàn taïi ôû caùc lôùp khaùc nhau vaø söï quan taâm ñöôïc can nhaéc ñeå töông thích vôùi phaàn cöùng ñaõ söû duïng. Hoaït ñoäng bus quan troïng nhaát khoâng ñoøi hoûi boä xöû lyù chuyeân duïng nhöng coù theå thöïc thi laäp trình chaïy treân caùc CPU thoâng duïng.

Moâi tröôøng vaät lyù Profibus duøng caùp xoaén ñoâi theo chuaån RS-485, vôùi ñoä daøi toái ña 1200 m (leân tôùi 4800 m vôùi söï giuùp ñôõ cuûa repeater). Toác ñoä truyeàn laø 9.6, 19.2, 187 vaø 500 kbit/s.

Profibus duøng version lai cuûa IEEE 802.4 moâ hình vôùi traïm chuû vaø tôù. Leân tôùi 127 traïm, ñöôïc chia thaønh tích cöïc vaø thuï ñoäng, coù theå ñöôïc noái vôùi bus. Traïm tích cöïc xoay voøng theû baøi vaø coù theå truyeàn khi giöõ noù. Traïm thuï ñoäng khoâng xoay voøng theû baøi vaø phaûi ñöôïc ñònh ñòa chæ bôûi traïm tích cöïc ñeå coù theå traû lôøi baèng thoâng ñieäp.

Trong Profibus thöôøng ñöôïc thaáy 4 loaïi thoâng ñieäp, töø yeâu caàu döõ lieäu ñôn giaûn vaø chaáp nhaän tôùi goùi döõ lieäu daøi hôn. Thoâng ñieäp coù hai möùc öu tieân (cao/thaáp) vaø chieàu daøi toái ña 256 byte. Thoâng ñieäp Profibus döïa treân taäp con cuûa ngoân ngöõ MMS maø bao goàm khaùi nieäm “thieát bò aûo” khaùch-chuû vaø moät taäp leänh ñeå thöïc thi taùc vuï maïng, khôûi ñoäng töø xa vaø döøng coâng vieäc,vv…

Caûi tieán cuûa Profibus laø ñònh nghóa haøm quaûn lí, nghóa laø caáu hình bus, theâm vaøo hay laáy ñi caùc traïm cuõng nhö doø tìm vaø caùch li ñôn vò loãi.





token physical medium

Hình 10.5: Nguyeân taéc hoaït ñoäng PROFIBUS. Traïm chuû B, C, E, F vaø G xoay voøng theû baøi (token) vaø coù theå truyeàn thoâng trong khi hiöõ theû baøi. Traïm tôù A, D vaø H chæ ñöôïc pheùp traû lôùi tôùi yeâu caàu tröïc tieáp töø moät trong caùc traïm chuû maø giöõ theû baøi.

Profibus ñöôïc thieát keá ñeå hoã trôï keát noái treân cuøng moät bus caùc caûm bieán thoâng minh cuøng vôùi caùc ñôn vò phöôùc taïp hôn nhö laø PLC, boä hieäu chænh vaø maùy tính quaù trình nhoû. Sô ñoà giao tieáp döïa treân thoâng ñieäp cho pheùp tính linh hoïat veà loaïi vaø löôïng döõ lieäu coù theå trao ñoåi. Tuy nhieân , caùi giaù phaûi traû thay cho toác ñoä. PROFIBUS khoâng ñaûm baûo raèng taát caû döõ lieäu caûm bieán thu ñöôïc ôû cuøng moät toác ñoä. Ñoái vôùi moãi quaù trình ta phaûi ñònh nghóa töøng tröôøng hôïp.

Profibus: maïng IEEE 802.4 token bus, caùp xoaén ñoâi, toác ñoä truyeàn cao (9600 bpsà12 Mbit/s), giao tieáp RS-485 vôùi khoaûng caùch 100m à24 km tuøy tröôøng hôïp cuï theå. Maïng coù toái ña 127 node.

4/Bit bus. Bitbus laø bus tröôøng ñöôïc giôùi thieäu bôûi Intel vaøo naêm 1984 vaø laø neàn taûng cuûa saûn phaåm coâng nghieäp cho caùc coâng ty khaùc. Bitbus goàm coù hai lôùp cuûa OSI laø lôùp vaät lyù vaø lôùp lieân keát döõ lieäu. 5/Höôùng tôùi chuaån bus tröôøng.

10.2.3.Ñieàu khieån duøng PC: (PC-based Control) Xaây döïng giaûi phaùp duøng maùy tính caù nhaân

Trong phaàn naøy toâi trình baøy laïi (trích daãn nguyeân vaên) noäi dung baøi baùo “PC-based Control: Töï xaây döïng giaûi phaùp ñieàu khieån duøng maùy tính caù nhaân” cuûa taùc giaû TS. Hoaøng Minh Sôn (Taïp chí töï ñoäng hoaù ngaøy nay, soá Thaùng 10(15)/2001, vaø soá Thaùng 11(16)/2001). Phaàn I

B A C

D E F G H





Theo taïp chí Control Engineering, “PC control” ñöôïc xeáp vaøo “Top 20 caùc khaùi nieäm caàn phaûi bieát trong ñieàu khieån vaø töï ñoäng hoùa”. Giaûi phaùp söû duïng maùy tính caù nhaân (PC) tröïc tieáp laøm thieát bò ñieàu khieån khoâng nhöõng ñöôïc baøn tôùi roäng raõi, maø ñaõ trôû thaønh thöïc teá phoå bieán trong nhöõng naêm gaàn ñaây. Neáu so saùnh vôùi caùc boä ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc (PLC) thì theá maïnh cuûa PC khoâng nhöõng naèm ôû tính naêng môû, khaû naêng laäp trình töï do, hieäu naêng tính toaùn cao vaø ña chöùc naêng, maø coøn ôû khía caïnh kinh teá. Caùc böôùc tieán lôùn trong kyõ thuaät maùy tính, coâng nghieäp phaàn meàm vaø coâng ngheä bus tröôøng chính laø caùc yeáu toá thuùc nay khaû naêng caïnh tranh cuûa PC trong ñieàu khieån vaø töï ñoäng hoùa coâng nghieäp. Hieän nay ñaõ coù boä ñieàu khieån töï ñoäng hoùa laäp trình ñöôïc PAC (Programmable Automation Controller) laø söï keát hôïp cuûa PC vaø PLC. Thí dụ : coâng ngheä maùy tính ñieàu khieån cuûa haõng Beckhoff vaø phaàn meàm TwinCAT. PAC ADAM 5000 của haõng Advantech vôùi phaàn meàm KW Multiprog.

Ñeán nay, haàu heát caùc giaûi phaùp duøng PC coù treân thò tröôøng ñeàu ñöôïc phaùt trieån treân cô sôû baét chöôùc PLC, töø nguyeân taéc laøm vieäc cho tôùi phöông phaùp vaø ngoân ngöõ laäp trình. Vì vaäy, ngöôøi ta cuõng thöôøng noùi tôùi “Soft-PLC” vaø “Slot-PLC”.

Moät soá haõng ñöa ra giaûi phaùp troïn goùi coù chaát löôïng toát, töø ñieàu khieån cô sôû cho tôùi ñieàu khieån giaùm saùt, söû duïng coâng cuï thoáng nhaát, tích hôïp. Ví duï Studio Software cuûa coâng ty Think & Do hay TwinCAT cuûa Beckhoff laø caùc saûn phaåm tieâu bieåu ñaõ ñöôïc nhieàu taïp chí chuyeân ngaønh bình choïn. Tuy nhieân, coù nhieàu lí do quen thuoäc maø khoâng chæ ngöôøi söû duïng ôû Vieät nam muoán töï tay xaây döïng cho mình moät giaûi phaùp rieâng. Döôùi ñaây taùc giaû [1] xin giôùi thieäu vôùi baïn ñoïc veà moät phöông aùn toång theå ñaõ ñöôïc thöû nghieäm trong thöïc teá, töø xaây döïng heä thoáng ñieàu khieån cô sôû, gheùp noái vaøo/ra cho tôùi taïo öùng duïng ñieàu khieån giaùm saùt. Moät giaûi phaùp ñieàu khieån duøng PC caàn taän duïng, khai thaùc trieät ñeå caùc theá maïnh cuûa chính PC, chöù khoâng neân coá gaéng taïo thaønh moät daïng PLC “meàm”.

-Caáu hình maùy tính :

Coù theå duøng maùy tính caù nhaân Pentium II trôû leân, RAM 128 MB trôû leân ;P3, P4. Veà nguyeân taéc, haàu heât caùc maùy tính caù nhaân phoå thoâng hieän nay töø theá heä Pentium I ñeàu ñuû maïnh veà khaû naêng tính toaùn ñeå thöïc hieän nhieäm vuï cuûa moät boä ñieàu khieån. Tuy nhieân vieäc löïa choïn caáu hình, ñaëc bieät dung löôïng boä nhôù laøm vieäc RAM laïi phuï thuoäc vaøo heä ñieàu haønh. Ñuùng ra, moät heä ñieàu haønh lyù töôûng cho maùy tính ñieàu khieån phaûi coù tính naêng thôøi gian thöïc nhö QNX, VxWorks, LynOS,… Tuy nhieân, do tính chaát phoå thoâng vaø giaù thaønh toång theå ta coù theå choïn Windows NT 4.0 Workstation cho caùc baøi toaùn khoâng ñoøi hoûi ngaët ngheøo veà tính naêng thôøi gian. Vôùi caùc baøi toaùn ñieàu khieån quaù trình coù chu kì ñieàu khieån töø vaøi chuïc miligiaây trôû leân thì Windows NT vaãn coù theå hoaøn toaøn thích hôïp. Ngoaøi ra, moät soá coâng ty cuõng cung caáp caùc phaàn meàm môû roäng thôøi gian thöïc cho Windows NT ñeå ñaùp öùng caùc yeâu caàu cao hôn. Neáu nhö maùy





tính chæ ñoùng vai troø ñieàu khieån, ta coù theå döøng laïi ôû 48 hoaëc 64 MB RAM. Ñeå keát hôïp thöïc hieän giao dieän ngöôøi-maùy baèng caùc coâng cuï phaàn meàm chuyeân duïng thì ñoøi hoûi phaàn cöùng thoâng thöôøng laø Pentium II vaø 128 MB RAM hay P3, P4. -Gheùp noái vaøo ra: Moät trong caùc vaán ñeà quan troïng caàn thaûo luaän laø phöông phaùp gheùp noái maùy tính vôùi caùc ñaàu vaøo/ra töø thieát bò caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh, hay noùi taét laø gheùp noái vaøo ra. Tín hieäu thu ñöôïc töø caùc caûm bieán coù theå laø töông töï theo moät soá daïng chuaån doøng, chuaån aùp, hoaëc cuõng coù theå laø tín hieäu soá (ñoái vôùi caùc caûm bieán logic). Nhöng duø döôùi daïng töông töï hay daïng soá , tín hieäu cuõng caàn ñöôïc chuyeån ñoåi vaø thích öùng vôùi giao dieän maùy tính. Ñoù chính laø vai troø cuûa caùc module vaøo ra. Coù theå khaùi quaùt ba kieåu gheùp noái thoâng duïng nhö sau: .gheùp noái qua coång noái tieáp RS232(COM 1/Com2), coång song song (LPT1/LPT2), hoaëc moät coång noái tieáp ña naêng (USB). . Gheùp noái qua moät card A/D vaø D/A. . Gheùp noái qua maïng bus tröôøng qua moät card giao dieän( PCI hoaëc ISA) vaø söû duïng caùc vaøo ra phaân taùn. Phöông phaùp ñaàu maëc duø cho ñeán nay ñöôïc duøng nhieàu trong ñieàu khieån maùy moùc, nhöng coù nhöôïc ñieåm laø toác ñoä truyeàn thaáp, khoâng thích hôïp vôùi ñieàu khieån quaù trình. Phöông phaùp thöù hai coù nhöôïc ñieåm laø ñoä caùch ly keùm, khoâng an toaøn trong ñieàu khieån caùc quaù trình coâng nghieäp. Caû hai phöông phaùp ñaàu cuõng ñeàu coù hai nhöôïc ñieåm cô baûn nöõa laø khoaûng caùch truyeàn thaáp neân phaûi ñaët gaàn maùy tính ñieàu khieån nôi hieän tröôøng vaø gheùp noái ñieàu khieån ñieåm-ñieåm neân khoâng cho pheùp gheùp noái nieàu thieát bò. Vôùi söï tieán boä cuûa coâng ngheä bus tröôøng thì phöông phaùp thöù ba laø söï löïa choïn hôïp lí duy nhaát.

ÔÛ ñaây ta söû duïng maïng phaân taùn Profibus-DP. Nhö treân hình 1 moâ taû, maùy tính ñieàu khieån ñöôïc noái vôùi bus qua moät card giao dieän DP, caém qua moät khe PCI hay ISA. Löu yù raèng, chính card giao dieän naøy laø traïm chuû DP. Veà nguyeân taéc, card giao dieän naøy khoâng coù gì khaùc so vôùi moät card Ethernet duøng cho maïng LAN thoâng thöôøng. Coù theå söû duïng saûn phaåm cuûa caùc haõng Siemens (CP5411/5611/5613), SST(5136-PFB), Synergetic (CIF-30-DPM) hay cuûa moät trong nhieàu nhaø saûn xuaát khaùc.

Coù hai caùch noái caùc caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh vôùi maïng profibus DP. Caùc thieát bò thoâng thöôøng khoâng coù giao dieän DP ñöôïc noái thoâng qua caùc thieát bò vaøo/ra phaân taùn. Moät thieát bò vaøo/ra phaân taùn coù theå coù caáu truùc module ñeå chöùa moät hoaëc nhieàu module vaøo/ra, hoaëc coù caáu truùc goïn vôùi soá löôïng caùc keânh vaøo ra coá ñònh. Trong tröôøng hôïp naøy, caùc thieát bò vaøo/ra naøy ñoùng vai troø traïm tôù (client), chuùng quaûn lyù caùc keânh vaøo ra nhöng laïi chòu söï quaûn lyù tröïc tieáp cuûa traïm chuû (server) laø maùy tính ñieàu khieån. Maëc duø maïng DP cho pheùp nhieàu chuû, nhöng trong baøi toaùn ñieàu khieån cô sôû ta chæ neân duøng moät chuû ñeå ñaûm baûo tính naêng thôøi gian thöïc.

Moät soá loaïi thieát bò tröôøng coù theå ñöôïc tích hôïp khaû naêng truyeàn thoâng DP vaø noái tröïc tieáp vôùi ñöôøng truyeàn. Caùc thieát bò naøy coù khaû naêng töï xöû lyù giao





thöùc truyeàn thoâng vaø ñaûm nhieäm moät phaàn xöû lyù thoâng tin, caùc tín hieäu ñaàu vaøo/ra ñaõ ñöôïc thích öùng theo chuaån DP. Trong tröôøng hôïp naøy, chuùng laø caùc traïm tôù vaø chòu quaûn lí tröïc tieáp töø maùy tính ñieàu khieån, khoâng caàn qua caùc moñun vaøo ra. Chính vì coù khaû naêng xöû lyù thoâng tin taïi choâ neân caùc thieát bò naøy cuõng ñöôïc goïi laø caùc thieát bò tröôøng thoâng minh.

Profibus laø moät trong 8 heä thoáng bus ñöôïc chuaån hoùa quoác teá theo IEC-61158. Profibus-DP cuõng laø moät heä thoáng ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát ôû chaâu A Âu trong nhieàu naêm nay, vì theá chuûng loaïi caùc module giao dieän cho PC vaø caùc thieát bò hoã trôï khaùc raát phong phuù. Trong phaïm vi moät caáu hình ñôn giaûn, ta seõ söû duïng caùc saûn phaåm cuûa Siemens laø card giao dieän CP5611 ñeå gheùp noái maùy tính vaø thieát bò vaøo ra phaân taùn coù caáu truùc module ET200M ñeå gheùp noái caùc ñaàu ño cuõng nhö van ñieàu chænh. CP5611 Profibus-DP

Hình 10.6: Caáu hình heä thoáng ñôn giaûn -Coâng cuï laäp trình :

Nhaèm lôïi duïng trieät ñeå theá maïnh cuûa maùy tính veà khaû naêng xöû lí thoâng tin vaø laäp trình töï do, ta neân choïn ngoân ngöõ C++. (Visual C++ 6.0 hay Borland C++ Builder 5.0 hay Borland C++ 5). Vôùi caùc ñaëc tính nhö hieäu suaát cao, höôùng ñoái töôïng, ñuû ñôn giaûn ñeå gaàn phaàn cöùng nhöng cuõng ñuû tröøu töôïng ñeå thöïc hieän caùc thuaät toaùn cao caáp. C++ khoâng nhöõng ñaõ laø moät chuaån quoác teá maø coøn ñöôïc chaáp nhaän raát roäng raõi trong coâng nghieäp. Keát hôïp vôùi söû duïng moät thö vieän phaàn meàm tính toaùn coù chaát löôïng, vieäc thöïc hieän caùc thuaät toaùn ñieàu khieån cao caáp seõ raát deã daøng, trong khi vaãn ñaûm baûo hieäu suaát cao veà thôøi gian vaø hieäu quaû söû duïng boä nhôù.

Ñeå thöïc hieän baøi toaùn ñieàu khieån, beân caïnh luaät ñieàu khieån ta cuõng caàn laäp trình trao ñoåi döõ lieäu vaøo/ra vaø moät cô cheá ñieàu khieån chöông trình. Trong haàu heát caùc tröôøng hôï, ta coù theå söû duïng moät boä ñònh thôøi (timer) ñeå ñieàu khieån chöông trình theo chu kyø tuaàn hoaøn hoaëc theo moät lòch trình ñònh saün. Löu yù raèng heä ñieàu haønh Windows NT cho pheùp laäp trình ñònh thôøi gian coù ñoä chính xaùc töông ñoái cao tôùi 1 ms qua vôùi moät thö vieän coù teân multimedia timer.

Vôùi card giao dieän CP5611, ta coù hai phöông phaùp ñeå thöïc hieän trao ñoài caùc döõ lieäu vaøo/ra giöõa maùy tính (töùc giöõa chöông trình ñieàu khieån) vôùi caùc thieát bò ngoaïi vi. Phöông phaùp hieäu quaû nhaát vaø ñôn giaûn nhaát laø söû duïng tröïc tieáp thö vieän Softnet-DP. Thö vieän naøy ñöôïc haõng Siemens cung caáp döôùi daïng moät

Maùy tính

ET200M





thö vieän lieân keát ñoäng (DLL) keøm theo header file cho C/C++. Phaàn DLL chöùa ñònh nghóa, coøn header file chöùa khai baùo caùc haøm dòch vuï cuûa Profibus-DP nhö khôûi ñoäng traïm chuû, trao ñoåi döõ lieäu tuaàn hoaøn, theo doõi caùc traïm tôù,… Vôùi thö vieän naøy, ta coù theå laäp trình baèng C/C++ vaø kieåm soaùt toaøn boä giao tieáp trong maïng. Phöông phaùp thöù hai phöùc taïp hôn moät chuùt, cho pheùp ta trao ñoåi döõ lieäu thoâng qua moät phaàn meàm trung gian goïi laø OPC-Server. Phöông phaùp naøy döïa treân chuaån OLE for Process Control neân toång quaùt hôn, cho pheùp laäp trình baèng nhieàu ngoân ngöõ khaùc nhau vaø khoâng phuï thuoäc vaøo maïng truyeàn thoâng phía döôùi. Maëc duø cho baøi toaùn trao ñoåi döõ lieäu vaøo/rat a khoâng söû duïng phöông phaùp thöù hai, öu ñieåm cuûa OPC seõ ñöôïc khai thaùc phuïc vuï moät muïc ñích khaùc.

Ngoaøi vieäc laäp trình cho baøi toaùn ñieàu khieån, ta cuõng caàn nghó sôùm tôùi vieäc giao tieáp lieân quaù trình ñeå thöïc hieän caáu truùc ñieàu khieån phaân taùn vaø phoái gheùp vôùi öùng duïng giao dieän ngöôøi-maùy. Vì vaäy, beân caïnh caùc coâng cuï thuaàn tuùy cho C++ ta cuõng caàn caùc coâng ngheä phaàn meàm khaùc cho vieäc laäp trình giao tieáp. Cuï theå, trong moâi tröôøng Windows NT thì vieäc giao tieáp lieân quaù trình ñöôïc hoã trôï toát nhaát qua caùc coâng ngheä xung quanh moâ hình ñoái töôïng thaønh phaàn COM (Component Object Model). COM seõ ñöôïc söû duïng trong vieäc thöïc hieän giao tieáp giöõa hai chöông trình ñieàu khieån naèm treân cuøng moät maùy tính, hoaëc treân hai maùy tính khaùc nhau ñöôïc noái maïng. Ñoái vôùi caùc öùng duïng ñôn giaûn vaø ñoøi hoûi chi phí thaáp, giao dieän ngöôøi-maùy coù theå ñöôïc thöïc hieän qua Visual Basic. Trong tröôøng hôïp naøy, COM cuõng seõ ñoùng vai troø trung gian giöõa chöông trình ñieàu khieån vaø phaàn meàm giao dieän ngöôøi-maùy.

Ñoái vôùi caùc öùng duïng coù yeâu caàu cao veà ñieàu khieån giaùm saùt, ta coù theå söû duïng caùc phaàn meàm chuyeân duïng. Haàu heát caùc phaàn meàm SCADA chuyeân duïng hieän nay ñeàu hoã trôï OPC, vì vaäy OPC seõ ñöôïc söû duïng laø ñaàu moái lieân keát giöõa caùc chöông trình ñieàu khieån cô sôû vôùi phaàn meàm ñieàu khieån giaùm saùt. OPC thöïc chaát cuõng laø moät chuaån giao dieän döïa treân moâ hình COM. Ñeå phuïc vuï cho muïc ñích naøy, coâng cuï laäp trình maïnh nhaát hieän nay laø Visual C++ cuûa Microsoft cuøng vôùi phaàn meàm khung ATL (Active Template Library) ñi keøm. Coâng cuï naøy cuõng ñöôïc raát nhieàu caùc thö vieän phaàn meàm khaùc hoã trôï. Thí duï, thö vieän Softnet-DP noùi ôû treân cuõng töông thích hoaøn toaøn vôùi Visual C++. -Thieát laäp caáu hình maïng :

Sau khi gheùp noái caùc thieát bò vaø caøi ñaët phaàn meàm nhö noùi treân, böôùc tieáp thep laø thieát laäp caáu hình maïng. Muïc ñích cuûa coâng vieäc naøy laø taïo moät cô sôû döõ lieäu chi tieát veà caáu hình maïng, caùc thieát bò tham gia vaø caùc ñaëc tính cuûa chuùng. Döïa vaøo cô sôû döõ lieäu naøy, card giao dieän CP5611 vôùi vai troø laø traïm chuû môùi coù theå quaûn lí caùc traïm khaùc vaø trao ñoåi döõ lieäu vaøo ra. Vieäc thieát laäp caáu hình ñöôïc thöïc hieän theo kieåu nhuùng-thaû vôùi chöông trình COM PROFIBUS ñöôïc Siemens cung caáp ñi keøm theo Softnet-DP. Caùc thoâng tin caáu hình caàn ñöôïc nhôù vaøo moät taäp tin coù ñònh daïng phuø hôïp baèng caùch goïi FileàExportàNCM File… Cuoái cuøng ñeå card CP5611 bieát phaûi laøm vieäc vôùi cô sôû döõ lieäu naøo, caàn chaïy chöông trình Set PG/PC Interface coù saün trong thö muïc Softnet-DP (hoaëc trong Control Panel) vaø naïp taäp tin ñoù leân. Nhö vaäy, sau





moãi laàn khôûi ñoäng maùy tính card CP5611 seõ naém ñöôïc toaøn boä thoâng tin veà caáu hình maïng. Cuõng nhôø vaäy ta môùi coù theå söû duïng thö vieän Softnet-DP ñeå laäp trình vaøo/ra döõ lieäu phaân taùn. -Laäp trình ñieàu khieån:

Vôùi caùc coâng cuï maïnh trong tay, vieäc laäp trình caùc thuaät toaùn ñieàu khieån trôû neân deã daøng. Coù theå thöïc hieän thuaät toaùn PID, luaät ñieàu khieån logic, hay caùc thuaät toaùn cao caáp duøng ngoân ngöõ laäp trình C++.

Beân caïnh caùc luaät ñieàu khieån logic hoaëc caùc boä ñieàu khieån PID coù phaûn hoái, thì khaû naêng thöïc hieän caùc thuaät toaùn ñieàu khieån cao caáp cuõng hoaøn toaøn khoâng bò giôùi haïn bôûi ngoân ngöõ laäp trình. Caùc luaät ñieàu khieån naøy coù theå ñöôïc söû duïng laïi nhieàu laàn, vì vaäy coù theå xaây döïng thaønh moät thö vieän lôùp. Beân caïnh caùc yeáu toá nhö tham soá boä ñieàu khieån vaø chu kyø laáy maãu, caàn löu yù giaûi quyeát hôïp lyù caùc vaán ñeà thöïc teá nhö giôùi haïn ñaàu vaøo, chuyeån ñoåi cheá ñoä ñieàu khieån baèng tay/töï ñoäng, hieäu öùng reset windup (ôû boä ñieàu khieån PID). Thí duï ñôn giaûn hoùa sau ñaây minh hoïa phaàn maõ chöông trình khai baùo lôùp C++ thöïc hieän boä ñieàu khieån PID.

Class PID: public Timer double K; //Heä soá tæ leä double Ti; // TG tích phaân double Td;//TG vi phaân double T; // Chu kì laáy maãu double SP ; //Setpoint bool auto ;//Auto/Manual //… public: //khôûi taïo caùc tham soá vaø traïng thaùi ñaàu PID (double k=1, double ti=0.05, double td=0, double t=0.1) : K(k), Ti(ti), Td(td), T(t) //... //Ñaët setpoint void SetPoint (double sp) SP=sp; //... //Thöïc hieän moät böôùc tính vaø traû laïi tín hieäu ñieàu khieån double Step (double PV); ; Ñeå luaät ñieàu ñieàu khieån ñöôïc thöïc hieän tuaàn hoaøn theo chu kyø laáy maãu, ta coù theå söû duïng moät boä ñònh thôøi phaùt xung theo chu kyø tuaàn hoaøn. Moät phöông phaùp ñôn giaûn laø ñònh nghóa moät lôùp daãn xuaát töø lôùp Timer coù saün vaø thöïc hieän haøm aûo OnTimer(). Moãi khi boä ñònh thôøi ñöôïc khôûi ñoäng (baèng caùch goïi haøm start()), haøm





OnTimer() naøy seõ ñöôïc goïi tuaàn hoaøn theo chu kyø thôøi gian ñaõ löïa choïn. Trong heä ñieàu haønh Windows NT, boä ñònh thôøi coù theå thöïc hieän theo nhieàu caùch khaùc nhau. Tuy nhieân, ñeå ñaït ñoä chính xaùc cao nhaát vaø ñaûm baûo khaû naêng xöû lyù caïnh tranh, ta caàn söû duïng thö vieän multimedia timer. Thöïc chaát, sau khi khôûi ñoäng boä ñònh thôøi naøy taïo moät maïch tính toaùn (thread) rieâng ñeå thöïc hieän maõ haøm öùng duïng ñaët trong OnTimer(). // Maïch voøng ñieàu khieån class ControlLoop: public Timer double PV; //process value double SP; //setpoint double CV; //control value //giao dieän DP dpn_interface dp; // boä ñieàu khieån PID pid; Public: ControlLoop (double Tsample): Timer (Tsample) Void start() //… Timer::start(); void stop() … private: void OnTimer(); ; Tuøy theo baøi toaùn maø soá löôïng caùc maïch voøng ñieàu khieån coù theå ít hoaëc nhieàu. Lôùp ControlLoop ôû treân chæ ñieàu khieån moät bieán. Trong tröôøng hôïp nhieàu maïch voøng ñieàu khieån coù cuøng chu kyø laáy maãu, ta coù theå môû roäng lôùp ControlLoop baèng caùch söû duïng nhieàu boä ñieàu khieån. Caùc bieán rieâng cuûa lôùp seõ laø caùc maûng chöùa bieán quaù trình, chöùa giaù trò ñaët, giaù trò ñieàu khieån cuõng nhö chöùa caùc boä ñieàu khieån. Ñöông nhieân, ta cuõng seõ phaûi boå sung caùc bieán rieâng nhôù ñòa chæ caùc keânh vaøo/ra. Cho moãi maïch voøng ñieàu khieån ta cuõng coù theå taïo moät ñoái töôïng rieâng thuoäc lôùp ControlLoop neáu nhö chu kyø laáy maãu cuûa moãi maïch voøng khaùc nhau. Trong tröôøng hôïp naøy, moãi ñoái töôïng seõ töï taïo moät thread rieâng. Haøm khôûi ñoäng start() khôûi taïo giao dieän DP vaø ñaët cheá ñoä laøm vieäc, sau ñoù goïi laïi haøm khôûi ñoäng cuûa Timer. Vôùi moät bieán ñieàu khieån, vieäc thöïc hieän haøm OnTimer() bao goàm caùc böôùc sau: . Ñoïc bieán ñaàu vaøo qua maïng DP söû duïng haøm dpn_in_slv(). Löu yù caùch bieåu dieãn giaù trò vaø chuyeån ñoåi thang. . Goïi haøm Step() cuûa boä ñieàu khieån ñeå thöïc hieän moät böôùc tính. . Ñöa giaù trò ñieàu khieån xuoáng moät keânh ra töông töï söû duïng haøm dpn_out_slv(). Ñoaïn maõ chöông trình sau ñaây minh hoïa nguyeân taéc thöïc hieän caùc böôùc treân. Ñeå ñôn giaûn, ôû ñaây ta khoâng quan taâm tôùi ñòa chæ caùc keânh vaøo/ra. Veà chi tieát söû duïng caùc haøm DP, baïn ñoïc caàn tham khaûo taøi lieäu Siemens AG: Softnet-DP Manual.





Void ControlLoop:: OnTimer() //… dpn_in_slv(&dp); PV Double(dp.user_data[0]*256+dp.user_data[1]); CV=pid.Step(PV) //... dp.user_data[0]=... dp.user_date[1]=... dpn_out_slv(&dp); Sau khi ñaõ ñònh nghóa caùc lôùp caàn thieát, vieäc xaây döïng chöông trình ñieàu khieån öùng duïng trôû neân töông ñoái ñôn giaûn. Sau ñaây laø ví duï maõ chöông trình cho moät maïch voøng ñieàu khieån. Void main() //khai baùo moät maïch voøng ñk // vôùi chu kyø laáy maãu 0.1 sec ControlLoop cl(0.1); //gaùn ñòa chæ caùc ñaàu vaøo ra vaø ñaët caùc tham soá ñk. //... //khôûi ñoäng boä ñieàu khieån cl.start(); //chôø keát thuùc char c=0; while (c!=’x’) cout< <”\n Enter x to exit:”; cin>> c; Chöông trình ñöôïcc xaây döïng nhö treân chæ môùi thöïc hieän baøi toaùn ñieàu khieån töï ñoäng cô sôû. Ñeå coù theå aùp duïng trong thöïc teá ta caàn giao dieän ngöôøi maùy ñeå giaùm saùt heä thoáng vaø thay ñoåi caùc tham soá ñieàu khieån. Beân caïnh ñoù, moät soá vaán ñeà khaùc nhö ñoä tin caäy, khaû naêng töï khoâi phuïc traïng thaùi laøm vieäc sau khi khôûi ñoäng laïi cuõng caàn ñöôïc quan taâm. Caùc ñeà taøi naøy seõ ñöôïc giôùi thieäu trong phaàn II.

Phaàn II Trong phaàn I, ta ñaõ tìm hieåu veà caáu hình heä thoáng cuõng nhö caùc coâng cuï,

thaønh phaàn phaàn meàm lieân quan tôùi vieäc ñieàu khieån duøng PC vaø Profibus-DP. Phöông phaùp laäp trình cho moät baøi toaùn ñieàu khieån ñôn giaûn söû duïng C++ vaø giao dieän laäp trình Softnet-DP cuõng ñaõ ñöôïc giôùi thieäu. Khaû naêng laäp trình raát maïnh cuûa C++ cho pheùp deã daøng môû roäng chöông trình ñeå ñieàu khieån nhieàu bieán, thöïc hieän caùc thuaät toaùn ñieàu khieån cao caáp vaø xöû lyù moät caùch hôïp lyù caùc tröôøng hôïp ngoaïi leä. Tuy nhieân, ñeå giaûi phaùp thöïc söï coù yù nghóa trong thöïc teá,





tröôùc heát ta caàn xaây döïng moät heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt, trong ñoù coù giao dieän ngöôøi-maùy (HMI). Hôn nöõa, ñoái vôùi caùc öùng duïng ñoøi hoûi ñoä tin caäy cao, moät phöông aùn döï phoøng hôïp lyù caàn ñöôïc baøn luaän. - Giao dieän ngöôøi maùy HMI: HMI : giao dieän ngöôøi – maùy (Human Machine Interfacing)

Giao dieän ngöôøi maùy laø heä thoáng phaàn meàm hoã trôï con ngöôøi theo doõi quaù trình caùc dieãn bieán cuûa kyõ thuaät, traïng thaùi vaø caùc thoâng soá laøm vieäc cuûa caùc thieát bò trong heä thoáng, qua ñoù coù theå thöïc hieän caùc thao taùc vaän haønh vaø can thieäp töø xa tôùi heä thoáng ñieàu khieån phía döôùi. Ngaøy nay, caùc phaàn meàm giao dieän ngöôøi-maùy chuû yeáu ñöôïc xaây döïng treân neàn maùy tính caù nhaân, döïa treân caùc kyõ thuaät ñoà hoïa hieän ñaïi. Giao dieän ngöôøi maùy laø moät trong caùc thaønh phaàn chính cuûa moät heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt.

Veà nguyeân taéc, coù theå deã daøng môû roäng chöông trình ñieàu khieån theâm caùc thaønh phaàn giao dieän ngöôøi maùy. Coâng cuï Visaul C++ cung caáp caùc kyõ thuaät giao dieän ñoà hoïa nhö cöûa soå, hoäp thoaïi, nut baám, caàn gaït,… Tuy nhieân, coù nhieàu lyù do ta khoâng neân goäp phaàn meàm ñieàu khieån töï ñoäng vôùi phaàn meàm giao dieän ñoà hoïa trong moät chöông trình: .Keùm linh hoaït: Thay ñoåi moät chuùt trong phaàn meàm ñieàu khieån hay phaàn giao dieän ñoà hoïa cuõng daãn ñeán phaûi bieân dòch laïi toaøn boä chöông trình. Khaû naêng môû roäng heä thoáng cuõng vì theá gaëp nhieàu khoù khaên. Ñoái vôùi caùc heä thoáng ñoøi hoûi nhieàu ngöôøi vaän haønh thì ñaây laø moät vaán ñeà raát na giaûi. .Keùm hieäu quaû: Vieäc thöïc hieän phaàn giao dieän ñoà hoïa thöôøng chieám raát nhieàu taøi nguyeân maùy tính (thôøi gian CPU, boä nhôù,…), aûnh höôûng xaáu tôùi phaàn meàm ñoà hoïa gay ra coù theå laøm döøng caû phaàn chöông trình ñieàu tính naêng thôøi gian gian thöïc cuûa chöông trình ñieàu khieån. .Keùm tin caäy: loãi do ñieàu khieån. .Khoù toå chöùc thöïc hieän: Moãi phaàn chöông trình ñieàu khieån hoaëc giao dieän ñoà hoïa thoâng thöôøng do moät (nhoùm) ngöôøi khaùc vieát, vì vaäy goäp chung trong moät chöông trình daãn ñeán khoù khaên trong vieäc toå chöùc thöïc hieän phaùt trieån phaàn meàm. Vì lyù do treân , ngay töø ñaàu ta neân choïn giaûi phaùp xaây döïng phaàn meàm giao dieän ngöôøi-maùy ñoäc laäp vôùi phaàn meàm ñieàu khieån. Coù theå toå chöùc caøi ñaët phaàn meàm giao dieän ngöôøi-maùy treân cuøng moät maùy tính hoaëc treân nhieàu maùy tính rieâng bieät vôùi maùy tính ñieàu khieån. Hình 10.7 minh hoïa cho moät giaûi phaùp tieâu bieåu vôùi nhieàu maùy tính ñieàu khieån cuõng nhö nhieàu maùy tính giaùm saùt, ñöôïc noái maïng vôùi nhau qua Ethernet-TCP/IP. Vaán ñeà ñaët ra ôû ñaây laø cô cheá giao tieáp giöõa caùc maùy tính ñieàu khieån vaø maùy tính ñieàu khieån giaùm saùt, hay noùi caùc khaùc laø giöõa chöông trình ñoäc laäp treân caùc maùy naøy. Coù theå duøng hai phöông phaùp sau ñaây ñeå xaây döïng phaàn meàm giao dieän ngöôøi maùy vaø lieân keát vôùi chöông trình ñieàu khieån: . Phöông phaùp 1: xaây döïng chöông trình giao dieän rieâng baèng moät ngoân ngöõ laäp trình phoå thoâng nhö Visual Basic, Visual C++,… vaø lieân keát vôùi chöông trình ñieàu khieån thoâng qua cô cheá COM.





. Phöông phaùp 2: söû duïng moät coâng cuï phaàn meàm SCADA chuyeân duïng nhö WinCC (Siemens), FIX (Intellution), Lookout (National Instruments),… Caùc phaàn meàm naøy ñöôïc lieân keát vôùi chöông trình ñieàu khieån thoâng qua giao dieän OPC. Phöông phaùp thöù nhaát coù öu ñieåm laø chi phí thaáp cho coâng cuï phaàn meàm, thích hôïp vôùi caùc öùng duïng qui moâ nhoû. Ñoái vôùi caùc öùng duïng qui moâ lôùn, coù yeâu caàu cao veà chaát löôïng maøn hình giao dieän vaø caùc chöùc naêng ñieàu khieån giaùm saùt, ta neân ñaàu tö cho caùc coâng cuï phaàn meàm chuyeân duïng theo phöông phaùp 2. VB VB WinCC WinCC Ethernet-TCP/IP Profibus-DP Profibus-DP

Hình 10.7 : Caáu hình heä ñieàu khieån vaø giaùm saùt söû duïng PC. HMI vôùi Visual Basic

Neáu löïc choïn phöông phaùp laäp trình phoå thoâng thì Visual Basic laø moät ngoân ngöõ raát thích hôïp bôûi söï ñôn giaûn vaø tieän lôïi trong vieäc xaây döïng caùc maøn hình ñoà hoïa. Trong Visual Basic, ta coù theå söû duïng haøng loaït caùc ñoái töôïng ñoà hoïa chuaån coù saün, hoaëc coù theå boå sung caùc ñoái töôïng ñaëc bieät döôùi daïng ActiveX-Control. Ñieàu caàn quan taâm ôû ñaây laø phöông thöùc lieân keát giöõa chöông trình naøy vôùi chöông trình ñieàu khieån (vieát baèng C++). COM/DCOM [2] chính laø phöông phaùp thích hôïp cho vieäc thöïc hieän lieân keát naøy. COM (Component Object Model) laø moâ hình ñoái töôïng thaønh phaàn quan troïng trong caùc coâng ngheä cuûa Microsoft, cho pheùp caùc chöông trình khaùc nhau, caùc quaù trình tính toaùn khaùc nhau giao tieáp thoâng qua caùc giao dieän chuaån. Moät ñoái töôïng COM ñoùng vai troø laø server, cho pheùp caùc client truy nhaäp caùc ñaëc tính vaø goïi caùc haøm cuûa noù töø moät chöông trình khaùc, khoâng phuï thuoäc vaøo ngoân ngöõ laäp trình. DCOM (Distributed Component Object Model) môû roäng COM cho vieäc giao tieáp giöõa caùc ñoái töôïng phaân taùn, thuoäc caùc chöông trình

Maùy tính PC HMI

Maùy tính PC HMI

Maùy tính PC HMI

Maùy tính PC ÑK

Maùy tính PC ÑK





chaïy treân nhieàu maùy tính khaùc nhau. Ñoâi khi khaùi nieäm COM cuõng ñöôïc söû duïng chung ôû ñaây cho caû hai tröôøng hôïp.

Trong ví duï baøi toaùn ñieàu khieån phaûn hoài, töø maøn hình giao dieän ta phaûi coù khaû naêng khôûi ñoäng vaø döøng boä ñieàu khieån, giaùm saùt bieán quaù trình (process value), giaù trò ñaët (setpoint), giaù trò ñieàu khieån (control value) cuõng nhö caùc tham soá cuûa boä PID. Ñeå thöïc hieän lieân keát theo moâ hình COM, ta caàn thay ñoåi caùch thöïc hieän chöông trình ñieàu khieån. Boä ñieàu khieån seõ khoâng phaûi laø moät ñoái töôïng thuoäc moät lôùp C++ thoâng thöôøng, maø phaûi laø moät ñoái töôïng COM (COM Object). Nhö vaäy, ControlLoop phaûi ñöôïc xaây döïng laø moät lôùp COM (COM Class). ControlLoop chöùa caùc ñaëc tính coù theå truy nhaäp töø beân ngoaøi nhö PV, CV, SP vaø caùc tham soá boä ñieàu khieån cuûa luaät PID cuõnh nhö caùc haøm coù theå goïi ñöôïc töø xa nhö Start(), Stop(). Coù nhieàu caùch ñeå thöïc hieän moät ñoái töôïng hay moät lôùp COM trong C++. Phöông phaùp thích hôïp nhaát hieän nay laø söû duïng phaàn meàm khung ATL (Active Template Library) coù saün trong coâng cuï Visual C++. Veà chi tieát caùc böôùc thöïc hieän coù theå tham khaûo caùc ví duï vaø höôùng daãn trong [2]. HMI (Visual Basic) Giao dieän COM Chöông trình ñieàu khieån C++

Hình 10.8 : Giao tieáp qua COM Treân hình 10.8 laø sô ñoà minh hoïa cô cheá giao tieáp giöõa chöông trình giao

dieän ngöôøi-maùy (vieát baèng Visual Basic) vaø chöông trình ñieàu khieån (vieát baèng C++. ÔÛ ñaây client laø chöông trình Visual Basic coøn boä ñieàu khieån ñoùng vai troø server. Moät laàn nöõa, coù theå thaáy roõ öu ñieåm cuûa coâng ngheä COM laø cho pheùp caùc chöông trình vieát baèng nhieàu ngoân ngöõ khaùc nhau, chaïy treân cuøng moät

Control loop PV: double, readonly SP: double CV: double K:double Start() Stop()





maùy tính hoaëc treân nhieàu maùy tính khaùc nhau coù theå gheùp noái ñeå taïo thaønh moät öùng duïng phaân taùn.

- Thieát laäp heä thoáng thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån giaùm saùt SCADA. HMI vôùi caùc coâng cuï SCADA chuyeân duïng Ñoái vôùi caùc öùng duïng coù qui moâ vöøa vaø lôùn, coù yeâu caàu cao hôn veà soá löôïng cuõng nhö chaát löôïng caùc chöùc naêng theo doõi vaø giaùm saùt, ta neân söû duïng caùc coâng cuï phaàn meàm chuyeân duïng nhö WinCC, FIX, In touch,… Beân caïnh caùc heä thoáng giao dieän ngöôøi maùy, caùc coâng cuï naøy coøn cung caáp cho ta haøng loaït chöùc naêng khaùc nhö ñieàu khieån cao caáp. Heä thoáng baùo ñoäng, löu tröõ döõ lieäu vaø laäp baùo caùo. Caùc coâng cuï naøy cuõng ñöôïc goïi laø phaàn meøm SCADA. Tuy ñaàu tö cho baûn quyeàn söû duïng coâng cuï laø moät vaán ñeà, song giaù thaønh toång theå thöôøng ñöôïc can baèng do ñaàu tö ít hôn cho coâng vieäc trieån khai xaây döïng öùng duïng. Veà coâng vieäc thieát keá caùc maøn hình ñoà hoïa giao dieän vôùi caùc coâng cuï chuyeân duïng, ta khoâng caàn ñi saâu vaøo chi tieát. Baát cöù coâng cuï naøo cuõng ñeàu hoã trôï raát maïnh phöông phaùp xaây döïng maøn hình theo kieåu “nhuùng-thaû” vôùi caùc thö vieän ñoái töôïng ñoà hoïa, ñoái töôïng hoaït hình phong phuù. Vieäc theå hieän moâ phoûng quaù trình kyõ thuaät, veõ caùc ñoà thò thôøi gian thöïc, thieát keá caùc phím ñieàu khieån thöôøng deã daøng hôn nhieàu so vôùi söû duïng baát cöù moät coâng cuï laäp trình phoå thoâng naøo. Vaán ñeà caàn quan taâm ôû ñaây laïi laø phöông phaùp lieân keát vôùi maùy tính ñieàu khieån, vôùi chöông trình ñieàu khieån.

Moãi coâng cuï SCADA chuyeân duïng thöôøng coù saün caùc phaàn meàm ñieàu khieån vaøo/ra cho caùc thieát bò ñieàu khieån thoâng duïng vaø caùc maïng coâng nghieäp chuaån, phuïc vuï cho vieäc thu thaäp döõ lieäu. Trong giaûi phaùp ñieàu khieån duøng maùy tính caù nhaân ôû ñaây, vieäc lieân keát chöông trình khoâng ñôn giaûn nhö vaäy. Cuõng khoâng gioáng vôùi giaûi phaùp Visual Basic, caùc coâng cuï SCADA khoâng cho pheùp laäp trình töï do ñeå goïi moät haøm hay truy nhaäp moät ñaëc tính cuûa moät ñoái töôïng COM trong chöông trình ñieàu khieån. Maëc duø ña soá caùc coâng cuï coù giao dieän laäp trình öùng duïng API cho pheùp nhuùng maõ C/C++ ñeå môû roäng chöùc naêng, khaû naêng naøy raát bò haïn cheá. Moät giaûi phaùp linh hoaït vaø hieäu quaû hôn nhieàu laø söû duïng giao dieän chuaån OPC.

OPC (OLE for Process Control) laø moät chuaån giao dieän ñöôïc hieäp hoäi OPC Foundation xaây döïng vaø phaùt trieån treân cô sôû moâ hình COM. Vôùi muïccñích ban ñaàu laø thay theá cho caùc daïng phaàn meàm keát noái nhö I/O-Drivers vaø DDE, OPC qui ñònh moät soá giao dieän chuaån cho caùc chöùc naêng nhö:

.Khai thaùc, truy nhaäp döõ lieäu quaù trình (data access) töø nhieàu nguoàn khaùc nhau (PLC, caùc thieát bò tröôøng, bus tröôøng, cô sôû döõ lieäu). . Xöû lyù söï kieän vaø söï coá. . Truy nhaäp döõ lieäu quaù khöù. Trong töông lai, OPC seõ hoã trôï caùc chöùc naêng khaùc nhö an toaøn heä thoáng, vaø ñieàu khieån meû. OPC söû duïng cô cheá COM/COM ñeå cung caáp caùc dòch vuï truyeàn thoâng cho taát caû caùc öùng duïng hoã trôï COM. Coù theå keå ra haøng loaït caùc öùng duïng cuûa OPC nhö :





. Cho pheùp caùc öùng duïng khai thaùc, truy nhaäp döõ lieäu theo moät caùch ñôn giaûn, thoáng nhaát. . Hoã trôï truy nhaäp döõ lieäu theo cô thaêm doø (polling) hoaëc theo söï kieän (event-driven). . Ñöôïc toái öu cho vieäc söû duïng trong maïng coâng nghieäp. . Kieán truùc khoâng phuï thuoäc vaøo nhaø cung caáp thieát bò. . Linh hoaït vaø hieäu suaát cao. . Söû duïng ñöôïc töø haàu heát caùc coâng cuï phaàn meàm SCADA thoâng duïng, hoaëc baèng moät ngoân ngöõ baäc cao (C++, Visual Basic, Delphi,…). Coát loõi cuûa OPC laø moät chöông trình phaàn meàm phuïc vuï goïi laø OPC server, trong ñoù chöùa caùc muïc döõ lieäu (OPC-Item) ñöôïc toå chöùc thaønh caùc nhoùm (OPC-group). Thoâng thöôøng, moät OPC server ñaïi dieän moät thieát bò thu thaäp döõ lieäu nhö PLC, RTU, I/O hoaëc moät caáu hình maïng truyeàn thoâng. Caùc OPC-Item seõ ñaïi dieän cho caùc bieán quaù trình, caùc tham soá ñieàu khieån,vv… Töø yù töôûng xaây döïng moät OPC server ña naêng laøm caàu noái giöõa caùc chöông trình ñieàu khieån vaø caùc phaàn meàm SCADA, ta ñi tôùi moät kieán truùc nhö ñöôïc moâ taû treân hình. OPC server Profibus-DP

Hình 10.9: Ñieàu khieån giaùm saùt vôùi caùc phaàn meàm SCADA chuyeân duïng vaø OPC.

ÔÛ ñaây OPC-Server chæ ñoùng vai troø trung gian, baûn thaân noù khoâng coù döõ lieäu rieâng, maø chæ quaûn lyù caùc döõ lieäu do caùc chöông trình ñieàu khieån cung caáp. OPC-Server seõ giao tieáp vôùi caùc phaàn meàm SCADA nhö WinCC, RSView vaø Fix thoâng qua caùc giao dieän chuaån cuûa OPC. Trong khi ñoù, caùc chöông trình ñieàu khieån giao tieáp vôùi OPC-Server thoâng qua giao dieän COM ñöôïc ñònh nghóa rieâng. Vôùi phöông thöùc naøy, caû tính hieäu quaû vaø khaû naêng keát noái ña

RS View

WinCC FIX

Boä ñieàu khieån PID

Boä ñieàu khieån traïng thaùi

Thö vieän SoftnetDP





naêng cuûa OPC_Server ñöôïc ñaûm baûo. Hôn nöõa, phaàn meàm OPC-Server chæ caàn vieát moät laàn vaø coù theå söû duïng laïi trong caùc döï aùn ñieàu khieån duøng PC khaùc. Löu yù raèng, giaûi phaùp naøy cuõng khaùc vôùi giaûi phaùp Visual Basic ôû choã, vieäc caäp nhaät döõ lieäu ôû ñaây ñöôïc caùc chöông trình ñieàu khieån chuû ñoäng khôûi xöôùng. Nhö vaäy, ta khoâng caàn thieát phaûi thöïc hieän caùc caùc ñoái töôïng trong chöông trình ñieàu khieån döôùi daïng COM-Server. Ví duï, caùc boä ñieàu khieån chæ caàn laø caùc ñoái töôïng C++ thoâng thöôøng, bôûi chuùng khoâng ñöôïc goïi töø beân ngoaøi chöông trình. Thöïc chaát, chöông trình ñieàu khieån giôø ñaây seõ laø moät COM Client, coù theå goïi caùc haøm cuûa OPC-Server ñeå taïo caùc OPC-Items vaø caäp nhaät giaù trò cuûa chuùng theo chu kyø hoaëc theo söï kieän. Caáu hình döï phoøng

Trong giaûi phaùp ñieàu khieån duøng maùy tính caù nhaân thì moät vaán ñeà raát ñöôïc quan taâm laø ñoä tin caäy cuûa maùy tính. Moät phaàn ta coù theå yeân taâm bôûi caáu truùc vaøo/ra phaân taùn, maùy tính ñieàu khieån ñöôïc ñaët trong phoøng ñieàu khieån trung taâm vôùi ñieàu kieän moâi tröôøng laøm vieäc toát. Maët khaùc, treân thò tröôøng cuõng ñaõ coù raát nhieàu loaïi maùy tính caù nhaân coâng nghieäp, ñaûm baûo ñoä tin caäy cao khoâng keùm moät PLC. Moät khi maùy tính chæ ñöôïc caøi ñaët heä ñieàu haønh vaø phaàn meàm ñieàu khieån thì khaû naêng gay loãi do phaàn meàm cuõng seõ ñöôïc giaûm thieåu.

Tuy nhieân, ñoái vôùi caùc öùng duïng coù yeâu caàu cao veà tính saün saøng, ñoä tin caäy cuûa heä thoáng, ta caàn coù moät giaûi phaùp döï phoøng thích hôïp. Giaûi phaùp ñôn giaûn vaø tieát kieäm nhaát laø “döï phoøng laïnh”, coù nghóa laø trong tröôøng hôïp coù söï coá taïi maùy tính ñieàu khieån xaûy rat a chæ caàn thay theá moät maùy tính vôùi caáu hình vaø caùc phaàn meàm ñaõ ñöôïc caøi ñaët gioáng heat maùy chính. Song giaûi phaùp toát hôn laø söû duïng moät caáu hình döï phoøng noùng.

Hình 10.10 minh hoïa moät caáu hình döï phoøng noùng ñôn giaûn, trong ñoù ta chæ döï phoøng cho maùy tính ñieàu khieån. Maùy tính phuï coù caáu hình gioáng heät maùy chính vaø ñöôïc noái maïng vôùi maùy chính (ví duï Ethernet-TCP/IP). Trong tröôøng hôïp bình thöôøng, maùy phuï khoâng thöïc hieän nhieäm vuï ñieàu khieån, maø chæ caûnh giôùi maùy chính vaø caäp nhaät döõ lieäu quan troïng. Vieäc giao tieáp naøy cuõng coù theå thöïc hieän döïa treân COM. Khi phaùt hieän maùy chính coù loãi, maùy phuï seõ thay theá thöïc hieän tieáp tuïc baøi toaùn ñieàu khieån vôùi caùc döõ lieäu caäp nhaät.





Ethernet-TCP/IP Profibus-DP

Hình 10.10: Caáu hình döï phoøng maùy tính ñieàu khieån. Tuøy theo yeâu caàu cuûa öùng duïng, caáu hình döï phoøng noùng coù theå môû roäng ñeå hoã trôï khaû naêng döï phoøng cho heä thoáng maïng Profibus-DP, maïng Ethernet vaø caùc thieát bò vaøo/ra. Veà ñieåm naøy ta coù theå tham khaûo caùc caáu hình döï phoøng trong caùc giaûi phaùp söû duïng PLC. Coù theå thaáy, giaûi phaùp giôùi thieäu treân ñaây raát coù trieån voïng tuy khoâng phaûi laø phöông aùn duy nhaát vaø chæ döøng ôû ñoù. Ví duï, tuøy theo yeâu caàu cuï theå cuûa moät döï aùn maø thay vì Profibus-DP ta coù theå söû duïng moät loaïi bus tröôøng thích hôïp khaùc nhö CAN, Interbus-S hay thaäm chí caû Internet. Thay vì Windows NT, ta coù theå söû duïng caùc heä ñieàu haønh thôøi gian thöïc nhö VxWorks, QNX, LynOS,… Moät ñeà xuaát khaùc nöõa laø coù theå duøng coâng ngheä Web ñeå xaây döïng heä thoáng giao dieän ngöôøi-maùy, thay cho Visual Basic, WinCC hoaëc caùc coâng cuï phaàn meàm SCADA thong maïi khaùc. Tham khaûo: [1].TS. Hoaøng Minh Sôn, PC-based Control: Töï xaây döïng giaûi phaùp ñieàu khieån duøng maùy tính caù nhaân, Taïp chí töï ñoäng hoaù ngaøy nay, soá Thaùng 10(15)/2001, vaø soá Thaùng 11(16)/2001.

[2].Microsoft Corp.: Microsoft developer Network Library (MSDN). [3]. Hoaøng Minh Sôn, Maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp, NXB KHKT, 2001.

10.3.Maïng I2C Maïng I2C (Inter Integrated Circuit) laø maïng caáp thaáp nhaát coù nhieäm vuï keát

noái caùc vi maïch trong heä vi ñieàu khieån vôùi nhau thoâng qua hai daây chung. Maïng ñöôïc phaùt trieån bôûi coâng ty Philips Semiconductors khoaûng thaäp nieân 1980, chuû yeáu duøng trong TV ñeå gheùp noái CPU vôùi ngoaïi vi. Giôùi thieäu maïng coâng nghieäp cuûa haõng Siemens.

Maùy tính PC HMI

Maùy tính PC ÑK

Maùy tính PC ÑK





Hình 10.11

Hình veõ ñöôïc trích daãn töø saùch [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002. Caâu hoûi vaø baøi taäp: Chöông 10: Maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp 1.Moâ hình keát noái heä thoáng môû OSI. 2.Maïng cuïc boä LAN Ethernet 802.3. 3.Trình baøy ñaëc ñieåm cuûa bus tröôøng. 4.Ñieàu khieån duøng PC. 5. Maïng CAN 6.Devicenet 7.Maïng ASI 8.Maïng I2C.





Tham khaûo :

[1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. 3. Hoaøng Minh Sơn, Mạng truyền thoâng coâng nghiệp, NXB KHKT, Haø noäi ,2001. 4. Nguyeãn Thuùc Haûi, Maïng Maùy tính vaø caùc heä thoáng môû, NXB GD.





TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

Saùch hoïc : [1]. Nguyeãn Ñöùc Thaønh, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB ÑHQG Tp. HCM, 2002 vaø 2005(laàn 2). [2].Gustaf Olsson and Gianguido Piani, Computer systems for automation and control, Prentice Hall ,1992. [3].K.J.Astrom,B.J Wittenmark, Computer-Controlled Systems - Theory and Design, Prentice Hall, 3rd ed., 1997.

Saùch tham khaûo: [4].George C. Barney, Intelligent Instrumentation, Prentice Hall 1988. [5].Willis J. Tompkins, John G. Webster, Interfacing sensors to the PC, Prentice Hall 1990. [6]. Hans B. Kief, T. Frederick Waters, Computer numerical control, Glencoe, McGraw-Hill, International Editions 1992. [7]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån baèng maùy tính, NXB KHKT, Haø noäi, 1999. [8].Nguyeãn Maïnh Giang, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính, NXB GD, taäp 1: 1998, taäp 2: 2006. [9]. Hoaøng Minh Sơn, Mạng truyền thoâng coâng nghiệp, NXB KHKT, Haø noäi ,2001. [10].Ramakant Gayakwad, Leonard Sokoloff, Analog and Digital control systems, Prentice Hall NJ, 1990. [11]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät gheùp noái maùy vi tính. [12]. Taøi lieäu vi ñieàu khieån 8051 cuûa haõng Intel, 89C51 cuûa Atmel, Philip, Microchip (PIC16F 877A). [13]. Taøi lieäu PLC cuûa haõng Omron, Siemens. [14]. Leâ Phi Yeán, Nguyeãn Nhö Anh, Löu Phuù, Kyõ thuaät ñieän töû, NXB KHKT, Haø

noäi, 1998.

[15]. Phaïm Minh Haø, Kyõ thuaät maïch ñieän töû (taäp 1, 2,3), NXB KHKT Haø noäi,

1996.

[16]. Nguyeãn Bính, Ñieän töû coâng suaát, NXB KHKT Haø noäi, 1995.

[17]. Ñoá aùn moân hoïc cuûa caùc sinh vieân ñaïi hoïc vaø cao ñaúng.





Phuï luïc A: Maùy tính coâng nghieäp IPC (Industrial PC). 1.MAÙY TÍNH COÂNG NGHIEÄP ADVANTECH IPC thieát keá chuyeân duïng cho caùc öùng duïng coâng nghieäp. Hoaït ñoäng trong moâi tröôøng khaéc nghieät (buïi, aåm, rung soùc, töø,..). Thieát keá ñaûm baûo chaïy 24/7. Giaûm chi phí baûo trì maùy. Nguoàn coâng suaát thöïc, thôøi gian söû duïng treân 100.000 giôø. Tuoåi ñôøi saûn phaåm daøi: 3 ñeán 5 naêm, cam keát hoã trôï khaùch haøng laâu daøi. Chöùc naêng Watchdog time, töï khôûi ñoäng laïi khi treo maùy. 1/IPC-510MB 4U Rackmount Intel Pentium IV 3.0 Ghz 2GB DDRII Bus 667 Mhz 80 GBHDD 3.5 inch SATA. 1 slot PCIe x16 1 slot PCIe x1 5 slots PCI 1 VGA, Max 8 USB 2.0, 2 Serial, 1 Parallel, 1 GbLAN Watchdog timer: Programmable 1~255 sec/min. 2.Maùy tính coâng nghieäp cuûa haõng WonderWare. Wonderware Industrial Computer Thin Client Computer: Wonderware Thin Client Computer laø giaûi phaùp thích hôïp cho caùc maùy traïm trong caáu truùc Client/Server vôùi Intouch ñoùng vai troø laø Terminal server. Trong caáu truùc naøy Wonderware Thin Client ñaùp öùng raát toátyeâu caàu cuûa moät heä SCADA/HMI nhö ñieàu khieån töø xa, baûo maät, giaûm thieåu khaû naêng laøm xaùo troän heä thoáng töø caùc maùy traïm. Vôùi thieát keá nhoû goïn, troïng löôïng thaáp, keát caáu chaéc chaén, hoaït ñoäng oån ñònh, tin caäy, phuø hôïp vôùi moâi tröôøng coâng nghieäp, ñaây laø saûn phaåm toái öu daønh cho nhöõng öùng duïng ñieàu khieån, giaùm saùt, moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa maùy moùc vaø quaù trình saûn xuaát. Vôùi heä ñieàu haønh Windows CE, oå cöùng Solid State: 128 MB, CPU: VIA Eden 667 Mhz, Wonderware Thin Client ñem laïi moät phöông aùn vöøa giaûm chi phí phaàn cöùng vöøa taêng tính an toaøn, baûo maät vöøa deã daøng môû roäng heä thoáng. Box PC Computer: Höôùng ñeán nhöõng heä thoáng coù khoaûng caùch giöõa caùc traïm Client lôùn, Wonderware ñöa ra saûn phaåm maùy tính coâng nghieäp Box PC vôùi keát caáu choáng buïi baån, khoâng caàn quaït laøm maùt, coù khaû naêng laøm vieäc trong moâi tröôøng khaéc nghieät. Box PC söû duïng Processor Intel’s Pentium M 1.6 Mhz, RAM 1GB, ñaõ caøi ñaët saün caùc phaàn meàm coâng nghieäp Wonderware nhö InTouch HMI, Active Factory treân heä ñieàu haønh Microsoft Windows Xp Professional neân ñaây laø moät caáu truùc maïnh meõ vaø troïn goùi cho caùc maùy traïm (Client). Box PC cuõng coù theå hoaït ñoäng nhö moät traïm Workstation vôùi khaû naêng moâ phoûng,

ñieàu khieån giaùm saùt maùy moùc vaø quaù trình. Nhôø Active Factory, phaàn meàm laäp baùo caùo, ñoà thò, baûng bieåu maø ngöôøi vaän haønh coù theå giaùm saùt chaët cheõ quaù trình





saûn xuaát vaø deã daøng ñöa ra caùc quyeát ñònh phuø hôïp cho khu vöïc maø Client quaûn lyù.





Phuï luïc B: VISUAL BASIC 6.0 CÔ BAÛN 1. Giôùi thieäu : Mỗi ứng dụng viết bằng Visaul Basic 6.0 bao gồm một hay nhiều form. Mỗi form thường chứa nhiều nút nhập dữ liệu cùng với mã chương trình điều khiển chúng. Mã chương trình có thể lưu trữ đi kèm với form, được viết trong một lớp hay là trong một đơn thể chuẩn. Một đoạn mã chương trình sẽ được thực hiện tương ứng với một biến cố nào đó, chẳng hạn như khi người dùng ấn một nút lệnh hay di chuyển mouse. Một project bao gồm một tập hợp các tập tin cần thiết để biên dịch ứng dụng VB6 thành mã thực thi có thể chạy trên môi trường Windows. Nội dung của mỗi project được trình bày trong cửa sổ project (H1.1) (nếu cửa sổ này bị dấu đi thì ấn Ctrl+R để hiện nó trở lại. Thí dụ sau đây trình bày các bước để tạo một ứng dụng đơn giản, in ra dòng chữ “Chào các bạn, bây giờ là…” cùng với ngày giờ hiện hành.

H1.1 Cöûa soå project Tools

H1.2 Ví duï 1 : Taïo, chaïy thöû moät öùng duïng ñôn giaûn





1.Khôûi ñoäng VB, ñôïi hoäp thoaïi New Project xuaát hieän, choïn project thuoäc loaïi Standard EXE töø hoäp thoïai vaø aán nuùt OK.

2. Project seõ ñöôïc taïo vaø coù saün moät form duy nhaát coù teân laø “Form1”. Töø cuûa soå Tools choïn nuùt coù daïng CommandButton, veõ vaøo form moät nuùt (maëc nhieân laø “Command1”) 3. Ñeå ñaët maõ chöông trình ñieàu khieån nuùt leänh “Command1”, nhaáp ñuùp chuoät vaøo nuùt leänh naøy, moät cöû a soå môû ra ñeå cheøn caùc chæ thò vaøo moät thuû tuïc coù teân laø “Command1_Click()”, nhaäp doøng leänh sau vaøo phaàn thaân cuûa thuû tuïc naøy : Code : Private Sub Command1_Click() MsgBox "Chao cac ban, bay gio la:" & Now End Sub Trong ñoù MsgBox laø haøm coù saün cuûa VB duøng ñeå hieän ra moät cöû soå vôùi moät thoâng baùo naøi ñoù; haøm Now traû veà ngaøy giôø hieän haønh; coøn pheùp toaùn ‘&’ duøng ñeå gheùp hai chuoãi kyù töï. 4. Chaïy thöû baèng caùch aán phím chöùc naêng F5 hay choïn Start töø thöïc ñôn Run. Moät cöû soå teân “Form1” hieän ra, coù chöùa moät nuùt leänh teân laø “Command1”, aán vaøo nuùt leänh naøy seõ thaáy moät hoäp thoaïi “project1” hieän ra do goïi haøm MsgBox. 5. Aán nuùt OK ñeå ñoùng hoäp thoaïi “project1”. Sau ñoù cuõng ñoùng cöû soå “Form1” ñeå ngöøng chaïy thöû chöông trình.

H1.3 Chaïy chöông trình : Run, Start (baám F5)

H1.4

2. Kieåu döõ lieäu vaø khai baùo bieán. Các phép toán trên dữ liệu. Đối tượng từ điển





2.1. Kiểu dữ liệu và khai báo biến Để khai biến ta dùng từ khóa DIM, kế đến là tên biến và kiểu dữ liệu. Thí dụ một biến nguyên tên là SoNV đươc khai báo là: Ví dụ: DIM SoNV As Integer Để khai báo ngắn gọn, người ta có thể dùng một hậu tố cuối tên biến thay cho kiểu dữ liệu, đối với biến nguyên thì hậu tố này ký hiệu là %. Chẳng hạn biến nguyên SoNV có thể khai báo ngắn gọn như sau: Ví duï : DIM SoNV% Variant: là kiểu dữ liệu mặc nhiên, có thể lưu trữ bất kỳ loại dữ liệu nào và có thể dùng cho các giá trị về ngày giờ. Integer: dùng để lưu số nguyên trong phạm vi từ -32768 đến +32767. Long: dùng để lưu số nguyên lớn -2.147.483.648 đến 2.147.483.647. Ký hiệu để khai báo ngắn gọn cho kiểu long là &. Single: dùng để lưu số thực với độ lớn (trị tuyệt đối) tối đa là 3,402823x1038, và độ chính xác là 1,401298x10-45. Ký hiệu để khai báo ngắn gọn cho kiểu single là !. Date: lưu trữ giá trị ngày, giờ. Double: lưu số thực lớn hơn và chính xác hơn ; độ lớn tối đa của số thực kiểu này là 1,79769313486232x10308, độ chính xác là 4,94065645841247x10-324. Ký hiệu để khai báo ngắn gọn cho kiểu double là #. Currency: lưu giá trị tiền tệ trong phạm vi từ -922.337.203.685.477,5808 đến 922337203685477,5807. Ký hiệu để khai báo ngắn gọn cho kiểu Currency là @. Boolean: dùng để lưu giá trị có 2 trạng thái on/off, trong đó on=1 (đúng), off=0 (sai). Byte: số nguyên không dấu 8 bit trong phạm vi từ 0 đến 255. Fixed Length String: lưu chuỗi ký tự có độ dài cố định, mục đích để tương thích với các cơ sở dữ liệu cũ. Variable Length String: là chuỗi ký tự độ dài biến động, được dùng thường xuyên khi cần thao tác chuỗi ký tự. Ký hiệu để khai báo ngắn gọn cho kiểu này là $. Object: lưu tham chiếu đến một đối tượng (chẳng hạn như : ô nhập liệu, form, đối tượng truy xuất dữ liệu…). User Defined Type: kiểu dữ liệu do người lập trình định nghĩa được dùng để tạo các mẫu tin hay các cấu trúc dữ liệu phức tạp. 2.2.Caùc pheùp toaùn treân döõ lieäu Visual Basic cung cấp nhiều phép toán cho tất cả các kiểu dữ liệu, sau đây là những phép toán được sử dụng thường xuyên nhất: -Phép cộng (+): cộng số (nguyên, thực , tiền…) hay ghép chuỗi ký tự. -Phép trừ ( -) và phép nhân (*): trừ hoặc nhân các số. -Phép chia (ký hiệu /) và phép chia nguyên (ký hiệu \). -Phép lấy phần dư : Mod. -Phép nâng lên một số lũy thừa: ^. -Phép ghép chuỗi ký tự: &. -Phép so sánh : > (lớn hơn), < (nhỏ hơn), >= (lớn hơn hay bằng), = (bằng), <= (nhỏ hơn hay bằng). -Các phép toán cho kiểu luận lý Boolean: AND (phép và), OR (phép hoặc), NOT (phép phủ định). 3. Các caáu truùc ñieàu khieån cuûa Visual Basic -Cấu trúc if/then/else: có 2 dạng: một dòng lệnh hay nhiều dòng lệnh. Dạng một dòng lệnh được viết như sau:





Ví duï : if size>MAXSIZE then size=MAXSIZE If a>b then maxval=a else maxval=b Daïng nhieàu doøng leänh If a>b then Maxval=a Else Maxval=b End if -Trường hợp có nhiều nhánh rẽ, nên dùng cấu trúc chọn Select case Select case Luong Case 1000 to 2000 HsThue=0.1 Case is>2000 Hsthue=0.3 Case Else HsThue=0 End Select -Cấu trúc lặp For/next S=0 For j=1 To 100 S=S+j Next Z=0 For j=1 To 100 step 2 Z=Z+j Next Coù theå duøng Exit For ñeå nhaûy khoûi voøng laëp -Cấu trúc lặp Do/loop không xác định trước số lần lặp, dừng vòng lặp nhờ biểu thức điều kiện, nhảy khỏi vòng lặp nhờ lệnh Exit Do. Cú pháp: Do [leänh] Loop [While|Until ñieàu kieän ] Hay: Do [While|Until ñieàu kieän ] [leänh] Loop 4.Haøm vaø thuû tuïc . Định nghĩa kiểu dữ liệu 4.1. Hàm và thủ tục Thủ tục Để hiểu về cách lập trình với thủ tục và hàm, trong bước 3 của thí dụ 1 hãy them vào các dòng mã VB như sau trong mã điều khiển cho nút lệnh “Command1”.





Xeùt ví duï 1 : Code: Private Sub MaxMin(ByVal a As Integer, ByVal b As Integer, ByRef minVal As Integer, ByRef maxVal As Integer) If a > b Then minVal = b maxVal = a Else minVal = a maxVal = b End If End Sub Private Sub MaxArray(ByRef nItem As Integer, ByRef Items() As Integer, ByRef max As Integer) Dim tempVal As Integer, J As Integer tempVal = Items(0) For J = 1 To nItem - 1 If tempVal < Items(J) Then tempVal = Items(J) Next max = tempVal End Sub Private Sub Command1_Click() MsgBox "Chao cac ban, bay gio la:" & Now Dim a As Integer, b As Integer Dim m1 As Integer, m2 As Integer a = InputBox("a=") b = InputBox("b=") MaxMin a, b, m1, m2 ‘ goi thu tuc MsgBox "Ketqua: min=" & m1 & "max=" & m2 Dim n As Integer n = 3 ReDim x(0 To n - 1) As Integer For k = 0 To n - 1 x(k) = InputBox("x[" & k & "]=") Next 'n = 3 Dim c As Integer MaxArray n, x, c ‘ goi thu tuc MsgBox "Ket qua, phan tu lon nhat=" & c End Sub





Thủ tục MaxMin nhận vào 2 tham số a và b và tính giá trị nhỏ nhất, lớn nhất của chúng lưu tương ứng vào hai biến minVal và maxVal. Bởi vì minVal , maxVal là kết quả nhận về sau khi gọi thủ tục nên chúng được truyền đối số theo kiểu tham chiếu nhờ từ khóa ByRef. Thủ tục MaxArray tím số nguyên lớn nhất trong mảng Items gồm nItem phần tử. Kế đến cần bổ sung các dòng gọi thủ tục MaxMin và MaxArray vào thủ tục Command1_Click điều khiển nút lệnh “Command1” như trên. Trong đó hàm InputBox là hàm có sẵn của VB cho phép nhập dữ liệu từ một hộp thoại đơn giản. Mảng x là mảng số nguyên có chiều dài biến động phụ thuộc vào giá trị của n (trường hợp này n=3). Ta có thể chạy thử chương trình như bước 4 của thí dụ 1 để quan sát kết quả. Hàm: Thủ tục MaxArray có thể viết lại dùng hàm như sau: Code: Cách 2 Private Sub MaxMin(ByVal a As Integer, ByVal b As Integer, ByRef minVal As Integer, ByRef maxVal As Integer) If a > b Then minVal = b maxVal = a Else minVal = a maxVal = b End If End Sub Private Function MaxArray(ByRef nItem As Integer, ByRef Items() As Integer) As Integer Dim tempVal As Integer, J As Integer tempVal = Items(0) For J = 1 To nItem - 1 If tempVal < Items(J) Then tempVal = Items(J) Next MaxArray = tempVal End Function Private Sub Command1_Click() MsgBox "Chao cac ban, bay gio la:" & Now Dim a As Integer, b As Integer Dim m1 As Integer, m2 As Integer a = InputBox("a=") b = InputBox("b=") MaxMin a, b, m1, m2; goi thu tuc MsgBox "Ketqua: min=" & m1 & "max=" & m2 Dim n As Integer n = 3 ReDim x(0 To n - 1) As Integer





For k = 0 To n - 1 x(k) = InputBox("x[" & k & "]=") Next Dim c As Integer c=MaxArray(n, x); goi ham MsgBox "Ket qua, phan tu lon nhat=" & c End Sub Hàm MaxArray tím số nguyên lớn nhất trong mảng Items gồm nItem phần tử. Chú ý lệnh cuối cùng trước khi kết thúc hàm: kết quả trả về (kết quả tính) biến tempVal được trả về bằng cách gán vào tên hàm MaxArray. Trong thủ tục “Command1_Click” ta dùng lời gọi hàm: C=MaxArray(n,x). Chú y: Ứng dụng có thể chạy được bên ngoài môi trường VB khi được dịch thành mã thực thi. Để làm điều này, ta chọn chức năng Make project1.Exe… (tên Project1 có thể thay đổi tùy trường hợp) từ thực đơn (menu) File. Nếu project chua được lưu trên đĩa lần nào thì VB sẽ nhắc lưu project và form, có thể lưu vào thư mục mặc nhiên hay chọn thư mục khác. 4.2.Ñònh nghóa kieåu döõ lieäu: VB cho phép định nghĩa kiểu dữ liệu mới nhờ vào cú pháp Type … End Type. Ví dụ để định nghĩa kiểu dữ liệu phân số (mỗi phân số gồm có tử số và mẫu số đều là các số nguyên) và khai báo phân số giá trị 3/4: Cú pháp: Type … End type Ví duï : Private Type Phanso Tuso As Integer Mauso As Integer End Type Dim p As Phanso p.tuso=3 p.mauso=4 Từ khoá Private cần thiết khi đoạn mã chương trình được viết kèm theo một form. 5. Lôùp (Class) . Caùc loaïi ñôn theå maõ nguoàn VB hỗ trợ ba loại đơn thể (module) chương trình: -Form module (ñôn theå maõ nguoàn ñi theo form). Mỗi form trong ứng dụng VB có 1 đơn thể mã nguồn chứa mã chương trình điều khiển các biến cố liên quan đến form đó. Đề xem mã nguồn: chọn form, nhấp đúp mouse (chuột) hay chọn View Code. -Standard Module (ñôn theå chuẩn): Mỗi đơn thể chuẩn chứa các cấu trúc dữ liệu và thủ tục có thể tái sử dụng cho nhiều form cũnh như trong nhiều ứng dụng khác nhau. Mỗi đơn thể chuẩn được lưu trong tập tin văn bản có tên mở rộng.BAS. Để tạo đơn thể chuẩn: chọn chức năng Add Module từ thực đơn Project. Để đưa tập tin mã nguồn đã có sẵn vào project: chọn Add file… từ thực đơn Project hay nhấn Ctrl+D. Taïo ra : Project, Add Module -Class Module (đơn thể lớp): hỗ trợ việc dùng lại mã nguồn nhờ vào các lớp đối tượng. Mỗi lớp có nhiều thuộc tính và phương thức theo cơ chế lập trình hướng đối tượng. Để tạo đơn thể lớp: chọn chức năng Add Class Module từ thực đơn Project. Taïo ra : Project, Add Class Module





Ví duï 2: Toå chöùc maõ nguoàn trong ñôn theå chuaån Chúng ta tím hiểu việc tổ chức mã nguồn trong đơn thể chuẩn thong qua một ví dụ cụ thể. Các thủ tục của “Form1” sẽ sử dụng mã nguồn viết trong một đơn thể có tên là CTDL_Phanso lưu trong tập tin PhansoStruct.Bas. Thực hiện các bước như sau: 1. Mở Project1 (đã tạo trong thí dụ 1), kế đến chọn chức năng Add Module từ thực đơn Project. Chọn New và nhấp vào nút lệnh Open. Đơn thể được tạo ra và có tên mặc nhiên là Module1, để đổi tên này ta nhấp vào tên Module1 (sẽ thấy có vệt sáng xanh như hình vẽ) và nhấn phím F4 (hay chọn Properties Windows từ thực đơn View). Cửa sổ Properties-Mudule1 mở ra, ta sửa tên đơn thể thành CTDL_Phanso.

H1.5 Thay ñoåi teân module

H1.6 2.Nhấp vào cửa sổ mã nguồn Project1-CTDL_Phanso (Code) để đưa mã nguồn vào đơn thể. Viết đoạn mã nguồn sau đây (mô tả cấu trúc dữ liệu phân số cùng với các hàm nhập và tính tổng phân số) vào cửa sổ mã nguồn. Kiểu dữ liệu và các thủ tục đều là Public để có thể dùng trong đơn thể khác. 3. Nhấn Ctrl+S để ghi đơn thể này lên đĩa, VB sẽ hỏi tên tập tin đơn thể, nhập vào tên PhansoStruct (phần mở rộng .BAS sẽ tự them vào). 4. Chọn form bằng cách nhấp đúp mouse vào tên “Form1” trong cửa sổ Project-Project1, vẽ them một nút lệnh với tên mặc nhiên là “Command2” vào “Form1”. 5. Nhấp đúp vào “Command2” để them mã điều khiển cho nút này trong đơn thể mã nguồn gắn với “Form1”. Thêm mã nguồn vào thủ tục “Command2_Click” trong cửa sổ Project1-Form1 (Code). 6. Ấn F5 để chạy chương trình. Code module: Public Type Phanso tuso As Integer mauso As Integer End Type Public Sub PS_Input(p As Phanso) p.tuso = InputBox("Tu so=")





Do p.mauso = InputBox("Mau so=") If p.mauso = 0 Then MsgBox "Sai: Mau so =0" End If Loop Until p.mauso <> 0 End Sub Public Sub PS_Add(p1 As Phanso, p2 As Phanso, p As Phanso) p.tuso = p1.tuso * p2.mauso + p1.mauso * p2.tuso p.mauso = p1.mauso * p2.mauso End Sub Theâm Command2 vaø code nhö sau : Private Sub Command2_Click() Dim p1 As Phanso Dim p2 As Phanso Dim p As Phanso PS_Input p1 ‘hàm của đơn thể CTDL_Phanso PS_Input p2 PS_Add p1, p2, p Dim sResult As String sResult = p1.tuso & "/" & p1.mauso & "+" & p2.tuso & "/" & p2.mauso & "= " & p.tuso & "/" & p.mauso MsgBox sResult End Sub

H1.7 Ví duï 3 : Ñôn theå lôùp Töông töï ví duï 2, sau khi tạo đơn thể lớp, sửa tên mặc nhiên Class1 thành PS_Class. Thêm đoạn mã vào cửa sổ Project1-PhansoClass (Code) cho lớp này:





H1.8 Class:

H1.9 Code : Public tuso As Integer Public mauso As Integer Public Sub Nhap() tuso = InputBox("Tu so=") Do mauso = InputBox("Mau so=") If mauso = 0 Then MsgBox "Sai: Mau so =0" End If Loop Until mauso <> 0 End Sub Public Sub Cong(p1 As PS_Class, p2 As PS_Class) tuso = p1.tuso * p2.mauso + p1.mauso * p2.tuso mauso = p1.mauso * p2.mauso End Sub Theâm moät nuùt Command 3, vaø code nhö sau : Private Sub Command3_Click() Dim p1 As New PS_Class Dim p2 As New PS_Class Dim p As New PS_Class p1.Nhap p2.Nhap p.Cong p1, p2 Dim sResult As String





sResult = p1.tuso & "/" & p1.mauso & "+" & p2.tuso & "/" & p2.mauso & "= " & p.tuso & "/" & p.mauso MsgBox sResult End Sub Caùc haøm thoâng duïng cuûa VB Hàm về chuỗi: Left(string,n): trả về n ký tự kể từ phía trái của chuỗi. Right(string,n): trả về n ký tự kể từ phía phải của chuỗi. Mid(string, start [,n]): trích ra n ký tự kể từ start Instr([start,]string1, string2 [, compare]): tìm xem string1 có là chuỗi con của string2 (kể từ start). Nếu compare là 0(hay không có) thì phân biệt chữ thường chữ hoa; nếu là 1 thì không phân biệt chữ thường chữ hoa. Ucase(string): trả về bản sao của chuỗi string, đổi hết sang chữ hoa. Lcase(string): trả về bản sao của chuỗi string, đổi hết sang chữ thường. Ltrim(string): trả về bản sao của chuỗi string, cắt bỏ các khoảng trống ở đầu chuỗi. Rtrim(string): trả về bản sao của chuỗi string, cắt bỏ các khoảng trống ở cuối chuỗi. Trim(string): trả về bản sao của chuỗi string, cắt bỏ các khoảng trống ở đầu chuỗi và cuối chuỗi. Len(string): tính và trả về chiều dài chuỗi string. ASC(string): trả về mã ASCII của ký tự đầu tiên. Replace(str1, str2, str3[,start[,count[,compare]]]): thay thế chuỗi con str2 trong str1 bởi str3, không qui định count t ì thay thế tất cả những chỗ có xuất hiện str2 trong str1. StrReverse(string): trả về chuỗi gồm các ký tự của chuỗi string nhưng sắp theo thứ tự ngược lại. Hàm toán học: Abs(number): trả về trị tuyệt đối của số number. Atn(number): trả về arctang của số number. Cos(number): trả về cosine của góc number.. Hex(number): trả về một chuỗi gồm các ký hiệu biểu diễn của số num trong hệ đếm cơ số 16. Log(number): trả về logarith cơ số e của số number Sin(number): trả về sin của góc number Sqr(number): trả về căn bậc 2 của số number. Tan(number): trả về tang của góc number. Hàm về ngày giờ: DateSerial(year,month,day): trả về ngày xác định bởi năm, tháng, ngày. Day(date), Month(date), Year(date), Weekday(date): các hàm này trả về ngày , tháng, năm, ngày trong tuần (tức thứ mấy) của biến kiểu Date). Time: trả về giờ hệ thống; Timer: trả về số giây kể từ giữa đêm; Date: trả về ngày hệ thống.; Now: trả về ngày và giờ hệ thống. Format(expression [, format])trả về giá trị của expression sau khi đã áp dụng dạng qui định bởi format. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Traàn Ñan Thö, Visual Basic 6.0 cô baûn , NXB LÑ-XH, 2004 [2].Leâ Minh Trí, Töï hoïc kyõ naêng laäp trình Visual Basic 6.0, NXB Thoáng keâ, 2001





[3]. Buøi Thö Cao, Laäp trình Visual Basic 6.0, Tröôøng Ñaïi hoïc Coâng nghieäp Tp. HCM, 2006. [4]. Phaàn meàm Visual Basic 6.0. Phuï luïc C: Chöông trình heä thoáng thu thaäp döõ lieäu nhieàu keânh 1. Code chương trình Visual Basic Option Explicit Private Declare Sub keybd_event Lib "user32" (ByVal bVk As Byte, ByVal _ bScan As Byte, ByVal dwFlags As Long, ByVal dwExtraInfo As Long) Private Declare Function GetVersionExA Lib "kernel32" _ (lpVersionInformation As OSVERSIONINFO) As Integer Private Type OSVERSIONINFO dwOSVersionInfoSize As Long dwMajorVersion As Long dwMinorVersion As Long dwBuildNumber As Long dwPlatformId As Long szCSDVersion As String * 128 End Type Private Const KEYEVENTF_KEYUP = &H2 Private Const VK_SNAPSHOT = &H2C Private Const VK_MENU = &H12 Dim blnAboveVer4 As Boolean ''''''''''''''''KHAI BAO BANG GHI************** Dim db As Database Dim rs As Recordset Dim L, T As Double Dim ti As Double 'KHAI BAO BAO CHAY Dim Des, DES1, DES2, DES3 As String Dim I, J, P As Integer Dim note, CONNECT As Boolean Dim DATA As String Dim T1, T11, T22, T33, T2, T3, T4 As Double Dim dat1, dat2, dat3, dat4, dat5, dat6 As Integer 'KHAI BAO CAC BIEN PID Dim kp, kd, ki, A0, A1, A2 As Single Dim e0, e1, e2, nddo, nddat As Single Dim DUTY, DUTY1 As Integer 'check1 cho phep mo lo 1 hay ko 'check2 cho phep mo lo 2 hay ko 'check3 cho phep mo lo 3 hay ko 'check4 mo do thi lo 1 'check5 mo do thi lo 2 'check6 mo do thi lo 3





'TIMER1 CHAY CHU TIEU DE 'TIMER2 CHAY THOI GIAN 'TIMER3 LAY MAU ADC -TIMER4 DUNG GHI DU LIEU SAU 1S '*********************bat dau chuong trinh************************** Private Sub CHAY_Click() With TChart1.Series(0) .Clear End With With TChart1.Series(1) .Clear End With With TChart1.Series(2) .Clear End With With TChart1.Series(3) .Clear End With With TChart1.Series(4) .Clear End With With TChart1.Series(5) .Clear End With If (Text1.Text = "" Or Not (IsNumeric(Text1.Text)) Or Val(Text1.Text) < 35 Or Val(Text1.Text) > 200) And Check1.Value = 0 Then MsgBox "NHAP GIA TRI LO 1 TU 50 DEN 200 DO", vbInformation, "THONG BAO" Text1.SetFocus ElseIf (Text2.Text = "" Or Not (IsNumeric(Text2.Text)) Or Val(Text2.Text) < 32 Or Val(Text2.Text) > 200) And Check2.Value = 0 Then MsgBox "NHAP GIA TRI LO 2 TU 50 DEN 127 DO", vbInformation, "THONG BAO" Text2.SetFocus ElseIf (Text3.Text = "" Or Not (IsNumeric(Text3.Text)) Or Val(Text3.Text) < 32 Or Val(Text3.Text) > 200) And Check3.Value = 0 Then MsgBox "NHAP GIA TRI LO 3 TU 50 DEN 127 DO", vbInformation, "THONG BAO" Text3.SetFocus Else MSComm1.CommPort = Combo1.ListIndex + 1 'CONG COM1 MSComm1.Settings = Combo2.Text 'TOC DO BAUD 9600 MSComm1.RThreshold = 4 MSComm1.InputLen = 4 MSComm1.DTREnable = False MSComm1.PortOpen = True





DATA = MSComm1.Input 'kiem tra ket noi cong com If DATA = "" Then KNOI.Caption = "KIEÅM TRA KEÁT NOÁI COÅNG COM " End If nddat = Val(Text3.Text) DUTY = 0 DUTY1 = 0 e0 = 0 e1 = 0 e2 = 0 Form2.Hide 'an 3 form - de dang chay Form3.Hide Form4.Hide Check1.Enabled = False Check2.Enabled = False Check3.Enabled = False Text1.Enabled = False Text2.Enabled = False Text3.Enabled = False Timer3.Enabled = True 'CHO DOC ADC Timer5.Enabled = True End If End Sub Private Sub Check1_Click() If Check1.Value = 1 Then Check1.Caption = "Taét Loø" Text1.Enabled = False Text1.Text = 0 Text4.Text = 0 Else Text1.Enabled = True Check1.Caption = "Baät Loø" End If End Sub Private Sub Check2_Click() If Check2.Value = 1 Then Check2.Caption = "Taét Loø" Text2.Enabled = False Text2.Text = 0 Text5.Text = 0 Else Text2.Enabled = True Check2.Caption = "Baät Loø" End If End Sub





Private Sub Check3_Click() If Check3.Value = 1 Then 'khong hoat dong Check3.Caption = "Taét Loø" Text3.Enabled = False Text3.Text = 0 Text6.Text = 0 Check7.Enabled = False Check8.Enabled = False TXTKP.Enabled = False TXTKI.Enabled = False TXTKD.Enabled = False MACDINH.Enabled = False Else Check3.Caption = "Baät Loø" Text3.Enabled = True Check7.Enabled = True Check8.Enabled = True TXTKP.Enabled = True TXTKI.Enabled = True TXTKD.Enabled = True MACDINH.Enabled = True End If End Sub Private Sub Check4_Click() 'HIEN DO THI If Check4.Value = 1 Then Form2.Show Else Form2.Hide End If End Sub Private Sub Check5_Click() If Check5.Value = 1 Then Form3.Show Else Form3.Hide End If End Sub Private Sub Check6_Click() If Check6.Value = 1 Then Form4.Show Else Form4.Hide End If End Sub Private Sub Check7_Click()





If Check7.Value = 1 Then 'nut chon dieu khien on/off lo 3 Check8.Value = 0 Check8.Enabled = False TXTKP.Enabled = False TXTKI.Enabled = False TXTKD.Enabled = False MACDINH.Enabled = False Else Check8.Value = 0 Check8.Enabled = True TXTKP.Enabled = True TXTKI.Enabled = True TXTKD.Enabled = True MACDINH.Enabled = True End If End Sub Private Sub Check8_Click() If Check8.Value = 1 Then 'nut chon dieu khien pid lo 3 Check7.Value = 0 Check7.Enabled = False TXTKP.Enabled = True TXTKI.Enabled = True TXTKD.Enabled = True MACDINH.Enabled = True Else Check7.Value = 0 Check7.Enabled = True End If End Sub Private Sub DUNG_Click() Timer5.Enabled = False Timer4.Enabled = False 'CAP NHAT VAO BANG TIN Check1.Enabled = True Check2.Enabled = True Check3.Enabled = True Check8.Enabled = True Check7.Enabled = True TXTKP.Enabled = True TXTKI.Enabled = True TXTKD.Enabled = True MACDINH.Enabled = True ti = 0 If MSComm1.PortOpen = True Then If CHAY.Enabled = False Then 'MSComm1.Output = Chr$(0) 'TAT TAT CA QUAT VA LO MSComm1.Output = "T" Timer3.Enabled = False 'NGUNG DOC ADC





MSComm1.PortOpen = False 'DONG CONG GIAO TIEP Check1.Enabled = True Check2.Enabled = True Check3.Enabled = True Text1.Enabled = True Text2.Enabled = True Text3.Enabled = True CHAY.Enabled = True Label4.Caption = "OFF" Label6.Caption = "OFF" Label8.Caption = "OFF" Label10.Caption = "OFF" Label12.Caption = "OFF" Label14.Caption = "OFF" KNOI.Caption = " DÖØNG KEÁT NOÁI" Shape1.FillColor = vbBlack Shape2.FillColor = vbBlack Shape3.FillColor = vbBlack Shape4.FillColor = vbBlack Shape5.FillColor = vbBlack Shape6.FillColor = vbBlack End If End If End Sub Private Sub Form_Load() With TChart1.Series(0) .Clear End With With TChart1.Series(1) .Clear End With With TChart1.Series(2) .Clear End With With TChart1.Series(3) .Clear End With With TChart1.Series(4) .Clear End With With TChart1.Series(5) .Clear End With Form1.Height = 18000 Form1.Width = 18000 Check7.Value = 1





DUNG.Enabled = False MO_FILE.Enabled = False XOA.Enabled = False Check1.Value = 0 Check2.Value = 0 Check3.Value = 0 Check4.Value = 0 'THE HIEN DO THI LO 1 Check5.Value = 0 'THE HIEN DOTHI LO 2 Check6.Value = 0 'THE HIEN DO THI LO3 Check1.Caption = "Baät Loø" Check2.Caption = "Baät Loø" Check3.Caption = "Baät Loø" Timer4.Enabled = False Call setFlex 'goi chuong trinh luu data Call fillGrid T11 = 0 T1 = 0 T2 = 0 T3 = 0 T4 = 0 ti = 0 Timer5.Enabled = False Timer3.Enabled = False KNOI.Caption = " KIEÅM TRA KEÁT NOÁI" note = True DES2 = " TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC COÂNG NGHIEÄP TPHCM- KHOA COÂNG NGHEÄ ÑIEÄN TÖÛ" Des = " HEÄ THOÁNG THU THAÄP DÖÕ LIEÄU NHIEÀU KEÂNH " DES1 = "SVTH: VOÕ HOAØNG MINH GVHD: THS HUYØNH MINH NGOÏC " DES3 = "DO AN TOT NGHIEP-TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP TP.HCM-KHOA CONG NGHE DIEN TU" Combo1.ListIndex = 0 Combo2.ListIndex = 0 Label4.ForeColor = vbRed Label6.ForeColor = vbRed Label8.ForeColor = vbRed Label10.ForeColor = vbRed Label12.ForeColor = vbRed Label14.ForeColor = vbRed Label4.Caption = "OFF" 'lo1 Label6.Caption = "OFF" 'lo2 Label8.Caption = "OFF" 'lo3 Label10.Caption = "OFF" 'quat1 Label12.Caption = "OFF" 'quat2 Label14.Caption = "OFF" 'quat3 kp = 10 'Nap gia tri PID vao 3 bien ki = 4





kd = 0.00001 TXTKP.Text = kp 'hien thi len TXTKI.Text = ki TXTKD.Text = kd End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False End If End Sub Private Sub MACDINH_Click() TXTKP.Text = kp 'nap gia tri mac dinh TXTKI.Text = ki TXTKD.Text = kd End Sub Private Sub MClose_Click() Dim TH As Integer If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.Output = "T" 'TAT TAT CA QUAT VA LO Timer3.Enabled = False MSComm1.PortOpen = False End If TH = MsgBox("BAN CO MUON THOAT KHOI CHUONG TRINH KHONG ?", vbInformation + vbOKCancel, "THONG BAO!!!!") If TH = vbOK Then End End If End Sub Private Sub MEXit_Click() If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False End If Timer3.Enabled = False End End Sub Private Sub MHelp_Topic_Click() Form5.Show End Sub Private Sub MInfo_Click() MsgBox "MULTI CHANNEL DATA ACQUISITION SYSTEM" & vbCrLf _ & "Copyright " & Chr$(169) & " 2009 DESIGNER BY : VO HOANG MINH", , _





"INFORMATION" End Sub Private Sub MO_FILE_Click() Timer4.Enabled = False Call Shell("C:\Program Files\Microsoft Office\OFFICE11\MSACCESS.EXE ""D:\do an\DO AN TOT NGHIEP\daq.mdb") End Sub Private Sub MOpen_Click() Call Shell("C:\Program Files\Microsoft Office\OFFICE11\MSACCESS.EXE ""D:\do an\DO AN TOT NGHIEP\daq.mdb") End Sub Private Sub MPrint_Click() If blnAboveVer4 Then keybd_event VK_SNAPSHOT, 0, 0, 0 Else keybd_event VK_SNAPSHOT, 1, 0, 0 End If Picture1.Picture = Clipboard.GetData(vbCFBitmap) DoEvents If Picture1.Picture <> 0 Then SavePicture Picture1.Picture, "D:\Hinh.JPG" End If End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then CHAY.Enabled = False Timer4.Enabled = True 'DUNG DE GHI TAP TIN DUNG.Enabled = True MO_FILE.Enabled = True XOA.Enabled = True DATA = MSComm1.Input KNOI.Caption = " ÑANG KEÁT NOÁI" T1 = Asc(Mid$(DATA, 1, 1)) T2 = Asc(Mid$(DATA, 2, 1)) T3 = Asc(Mid$(DATA, 3, 1)) T4 = Asc(Mid$(DATA, 4, 1)) MT.Caption = T4 / 2 'nhiet do moi truong If Check1.Value = 0 Then T11 = T1 - 24 Text4.Text = T11 'NHIET DO THUC TE lo 1 End If If Check2.Value = 0 Then Text5.Text = T2 / 2 'NHIET DO THUC TE lo 2 T22 = T2 / 2





End If If Check3.Value = 0 Then Text6.Text = T3 / 2 'NHIET DO THUC TE lo 3 T33 = T3 / 2 End If If Check7.Value = 1 Then Call KIEMTRA1 'KIEM TRA ND DO VA ND DAT End If If Check8.Value = 1 Then Shape3.FillColor = vbYellow PID Val(TXTKP.Text), Val(TXTKI.Text), Val(TXTKD.Text) 'Tính DUTY MSComm1.Output = Chr$(DUTY) 'GOI DUTY cho VDK LO 3 End If Call VEDOTHI1 Call KIEMTRA End If End Sub Function VEDOTHI1() '***************VE DO THI LO 1*************** If Check1.Value = 0 Then 'I = I + 1 With TChart1.Series(0) .AddXY ti * 10, Val(Text1.Text), "", vbRed 'NHIET DO DAT LO1 End With With TChart1.Series(3) .AddXY ti * 10, (T11), "", vbBlue 'NHIET DO THUC TE End With End If '*************VE DO THI LO 2***********"*********** If Check2.Value = 0 Then With TChart1.Series(1) .AddXY ti * 10, Val(Text2.Text), "", vbBlack 'NHIET DO DAT LO 1 End With With TChart1.Series(4) 'NHIET DO THUC TE LO2 .AddXY ti * 10, Val(T2 / 2), "", vbRed End With End If '**********VE DO THI LO 3************** If Check3.Value = 0 Then With TChart1.Series(2) .AddXY ti * 10, Val(Text3.Text), "", vbGreen 'NHIET DO DAT LO3 End With With TChart1.Series(5) .AddXY ti * 10, (T3 / 2), "", vbBlack 'NHIET DO DO LO3 End With





End If End Function Function KIEMTRA() 'CAC GIA TRI T LA NHIET DO THUC TE dat1 = Val(Text1.Text) + 1 'sai so delta cua lo 1 la 1 do dat2 = Val(Text1.Text) - 1 dat3 = Val(Text2.Text) + 1 'sai so delta cua lo 2 la 1 do dat4 = Val(Text2.Text) - 1 If T11 < dat2 Then Shape1.FillColor = vbYellow 'QUAT 1 Shape4.FillColor = vbBlack 'LO 1 Label10.ForeColor = vbRed Label4.ForeColor = vbRed Label4.Caption = "ON" Label10.Caption = "OFF" ' MO LO TAT QUAT 1 MSComm1.Output = "A" End If If Check1.Value = 0 Then If T11 > dat1 Then Shape1.FillColor = vbBlack Shape4.FillColor = vbYellow Label10.ForeColor = vbRed Label4.ForeColor = vbRed Label10.Caption = "ON" Label4.Caption = "OFF" 'DONG LO MO QUAT 1 ' TAT LO MO QUAT 1 MSComm1.Output = "B" End If End If If Check2.Value = 0 Then If T22 < dat4 Then Shape2.FillColor = vbYellow Shape5.FillColor = vbBlack 'MO LO 2 DONG QUAT 2 Label6.ForeColor = vbRed Label12.ForeColor = vbRed Label6.Caption = "ON" Label12.Caption = "OFF" ' MO LO TAT QUAT 2 MSComm1.Output = "C" End If End If If Check2.Value = 0 Then If T22 > dat3 Then Shape2.FillColor = vbBlack Shape5.FillColor = vbYellow Label6.ForeColor = vbRed Label12.ForeColor = vbRed 'DONG LO MO QUAT 2





Label6.Caption = "OFF" Label12.Caption = "ON" MSComm1.Output = "D" End If End If End Function Function KIEMTRA1() dat5 = Val(Text3.Text) + 1 'sai so delta cua lo 3 la 1 do dat6 = Val(Text3.Text) - 1 If T33 < dat6 Then 'MUC DUOI Shape3.FillColor = vbYellow Shape6.FillColor = vbBlack Label8.ForeColor = vbRed Label14.ForeColor = vbRed Label8.Caption = "ON" Label14.Caption = "OFF" ' MO LO TAT QUAT 3 MSComm1.Output = "E" End If If T33 > dat5 Then 'MUC TREN Shape3.FillColor = vbBlack Shape6.FillColor = vbYellow Label8.ForeColor = vbRed Label14.ForeColor = vbRed Label8.Caption = "OFF" Label14.Caption = "ON" ' MO QUAT TAT LO 3 MSComm1.Output = "F" End If End Function Private Sub Text1_Change() ti = 0 VScroll1.Value = Val(Text1.Text) With TChart1.Series(0) 'XOA MAN HINH TCHART KHI THAY DOI GIA TRI DAT .Clear End With With TChart1.Series(3) .Clear End With End Sub Private Sub Text2_Change() ti = 0 VScroll2.Value = Val(Text2.Text) With TChart1.Series(1) 'XOA MAN HINH TCHART .Clear





End With With TChart1.Series(4) .Clear End With End Sub Private Sub Text3_Change() ti = 0 VScroll3.Value = Val(Text3.Text) With TChart1.Series(2) 'XOA MAN HINH TCHART .Clear End With With TChart1.Series(5) .Clear End With End Sub Private Sub THOAT_Click() Dim TH As Integer If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.Output = "T" 'Chr$(0) 'TAT TAT CA QUAT VA LO Timer5.Enabled = False Timer3.Enabled = False MSComm1.PortOpen = False End If TH = MsgBox("BAN CO MUON THOAT KHOI CHUONG TRINH KHONG ?", vbInformation + vbOKCancel, "THONG BAO!!!!") If TH = vbOK Then End End If End Sub Private Sub Timer1_Timer() If note = True Then Form1.Caption = Right(DES3, J) note = IIf(J > Len(DES3), False, True) TEN.Caption = Right(Des, J) note = IIf(J > Len(Des), False, True) TEN1.Caption = Right(DES1, J) note = IIf(J > Len(Des), False, True) TIEUDE.Caption = Right(DES2, J) note = IIf(J > Len(DES2), False, True) J = J + 1 Else Form1.Caption = Left(DES3, J) note = IIf(J > 0, False, True) TEN.Caption = Left(Des, J) note = IIf(J > 0, False, True)





TEN1.Caption = Left(DES1, J) note = IIf(J > 0, False, True) TIEUDE.Caption = Left(DES2, J) note = IIf(J > 0, False, True) J = IIf(J > 0, J - 1, 0) End If End Sub Private Sub Timer2_Timer() GIO.Caption = Now End Sub Private Sub Timer3_Timer() MSComm1.Output = "M" 'Chr$(7) 'CHO PHEP DOC ADC End Sub 'THU THAP VAO BANG GHI DATA Public Sub setFlex() 'Dim T As Single Set db = OpenDatabase(App.Path & "\daq.mdb") Set rs = db.OpenRecordset("log", dbOpenDynaset) fg.TextMatrix(0, 0) = "Sr No" fg.TextMatrix(0, 1) = "Time And Date" fg.TextMatrix(0, 2) = "Temp1" fg.TextMatrix(0, 3) = "Temp2" fg.TextMatrix(0, 4) = "Temp3" fg.TextMatrix(0, 5) = "Temp4" fg.ColWidth(0) = 600 fg.ColWidth(1) = 2000 fg.ColWidth(2) = 1000 fg.ColWidth(3) = 1000 fg.ColWidth(4) = 1000 fg.ColWidth(5) = 1000 For L = 0 To 5 fg.Row = 0 fg.Col = L fg.CellFontBold = True fg.ColAlignment(L) = 3 Next L End Sub Sub fillGrid() Do While Not rs.EOF T = T + 1 fg.TextMatrix(T, 0) = rs.Fields("Sr No") fg.TextMatrix(T, 1) = rs.Fields("TimeAndDate") fg.TextMatrix(T, 2) = rs.Fields("Temp1") fg.TextMatrix(T, 3) = rs.Fields("Temp2") fg.TextMatrix(T, 4) = rs.Fields("Temp3") fg.TextMatrix(T, 5) = rs.Fields("Temp4") TAP.Caption = "Total Records: " + CStr(fg.Rows - 1)





If Not rs.EOF Then rs.MoveNext If fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 2) <> "" Then fg.Rows = fg.Rows + 1 End If Loop End Sub 'GHI DULIEU VAO ASCESS Private Sub Timer4_Timer() fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 0) = CStr(fg.Rows - 1) fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 1) = CStr(Now) fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 2) = Text4.Text fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 3) = Text5.Text fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 4) = Text6.Text fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 5) = MT.Caption TAP.Caption = "Total Records: " + CStr(fg.Rows - 1) rs.AddNew rs.Fields("Sr No").Value = CStr(fg.Rows - 1) rs.Fields("TimeAndDate").Value = Now rs.Fields("Temp1").Value = Val(fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 2)) rs.Fields("Temp2").Value = Val(fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 3)) rs.Fields("Temp3").Value = Val(fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 4)) rs.Fields("Temp4").Value = Val(fg.TextMatrix(fg.Rows - 1, 5)) rs.Update fg.Rows = fg.Rows + 1 End Sub 'XOA TAP TIN Sub delRec() db.Execute ("Delete * from log") fg.Clear fg.Rows = 2 Call setFlex TAP.Caption = "Total Records: 0" End Sub Private Sub Timer5_Timer() ti = ti + 1 Timer5.Enabled = False Timer5.Enabled = True End Sub Private Sub VScroll1_Change() Text1.Text = CStr(VScroll1.Value) End Sub Private Sub VScroll2_Change() Text2.Text = CStr(VScroll2.Value) End Sub





Private Sub VScroll3_Change() Text3.Text = CStr(VScroll3.Value) End Sub Private Sub XOA_Click() Dim Msg, Style, Title, Response, MyString Msg = "CO MUON XOA TAP TIN KHONG ?..??" Style = vbYesNo + vbCritical + vbDefaultButton2 Title = "THONG BAO!!!!!!" Response = MsgBox(Msg, Style, Title) If Response = vbYes Then Call delRec End If End Sub '**************THUAT TOAN PID***************** Sub PID(kp1 As Single, ki1 As Single, kd1 As Single) Dim TT As Single TT = 1 nddat = Val(Text3.Text) e2 = nddat - T33 'Tính sai so e(k) lo 3 A0 = kp1 + ki1 * TT + kd1 / TT A1 = -kp1 - ((2 * kd1) / TT) A2 = kd1 / TT DUTY = Round(DUTY1 + A0 * e2 + A1 * e1 + A2 * e0, 0) If DUTY >= 255 Then DUTY = 255 ElseIf DUTY <= 0 Then DUTY = 0 End If DUTY1 = DUTY 'NaP DUTY(k) cho DUTY(k-1) PID sau e0 = e1 'Nap e(k-1) cho e(k-2) e1 = e2 'Nap e(k) cho e(k-1) End Sub ‘***********’Code hien thi do thi lo 1 tren form 2’*********’’ Option Explicit Dim I1, S1 As Double Dim P0 As Boolean Dim tg As Double Private Sub THOAT_Click() Form2.Hide End Sub Private Sub Form_Load() Form2.Height = 7560 Form2.Width = 10395 Timer2.Enabled = False





tg = 0 End Sub Private Sub Timer1_Timer() S1 = Form1.Check1.Value P0 = Form1.CHAY.Enabled If S1 = 0 And P0 = False Then Timer2.Enabled = True N1 = Form1.Text1.Text N2 = Form1.Text4.Text With TChart1.Series(0) .AddXY tg * 10, Val(N1), "", vbRed 'NHIET DO DAT LO1 End With With TChart1.Series(1) .AddXY tg * 10, Val(N2), "", vbBlue 'NHIET DO DO LO1 End With Else End If End Sub Private Sub Timer2_Timer() tg = tg + 1 Timer2.Enabled = False Timer2.Enabled = True End Sub ‘’******** Code hien thi do thi lo 2 tren form 3’**********’’ Option Explicit Dim M1, M2 As String Dim I2, S2 As Double Dim P1 As Boolean Dim tg1 As Double Private Sub Form_Load() Form3.Height = 7560 Form3.Width = 10395 Timer2.Enabled = False tg1 = 0 End Sub Private Sub THOAT_Click() Form3.Hide End Sub Private Sub Timer1_Timer() S2 = Form1.Check2.Value P1 = Form1.CHAY.Enabled If S2 = 0 And P1 = False Then M1 = Form1.Text2.Text





M2 = Form1.Text5.Text Timer2.Enabled = True With TChart1.Series(0) .AddXY tg1 * 10, Val(M1), "", vbRed 'NHIET DO DAT LO 2 End With With TChart1.Series(1) .AddXY tg1 * 10, Val(M2), "", vbBlue 'NHIET DO DO LO 2 End With Else End If End Sub Private Sub Timer2_Timer() tg1 = tg1 + 1 Timer2.Enabled = False Timer2.Enabled = True End Sub ‘***********’Code hien thi do thi lo 3 tren form 4’*********’’ Option Explicit Dim K1, K2 As String Dim I3, S3 As Integer Dim P2 As Boolean Dim tg2 As Double Private Sub Form_Load() Form4.Height = 7560 Form4.Width = 10395 Timer2.Enabled = False tg2 = 0 End Sub Private Sub THOAT_Click() Form4.Hide End Sub Private Sub Timer1_Timer() S3 = Form1.Check3.Value P2 = Form1.CHAY.Enabled If S3 = 0 And P2 = False Then Timer2.Enabled = True K1 = Form1.Text3.Text K2 = Form1.Text6.Text With TChart1.Series(0) .AddXY tg2 * 10, Val(K1), "", vbRed 'NHIET DO DAT LO3 End With With TChart1.Series(1) .AddXY tg2 * 10, Val(K2), "", vbBlue 'NHIET DO DO LO3 End With Else End If





End Sub Private Sub Timer2_Timer() tg2 = tg2 + 1 Timer2.Enabled = False Timer2.Enabled = True End Sub 2 Code chương trình hôïp ngöõ 8051 $MOD51 ;CHUONG TRINH HOA CHINH ;****************************CHU THICH**************** ; LO1 DIEU KHIEN ON/OFF ; LO2 DIEU KHIEN ON/OFF ; LO3 DIEU KHIEN ON/OFF VA PID BANG PWM KHAI BAOCACBIEN******************************************* QUAT1 BIT P1.0 ; DIEU KHIEN QUAT CHO QUAT QUAT2 BIT P1.1 QUAT3 BIT P1.2 ;**************************&&&&&&&&&&&&&&***************************** SEL1 BIT P3.7 ;DIEU KHIEN CHO LO DONG MO SEL2 BIT P1.3 SEL3 BIT P1.4 ;*******************&&&&&&&&&&&&&&&&&&******************************** DK1 BIT P1.5 ;CAC BIEN LUON O TRANG THAI 0 (CHE DO ON/OFF) DK2 BIT P1.6 DK3 BIT P1.7 ;DIEU KHIEN ON/OFF VA PID ;**************^^^^^^^^^^^^^^^^^^^*********************** EOC BIT P3.4 ;DIEU KHIEN ADC OE BIT P3.5 START BIT P3.6 ;ALE CHUNG DA0 BIT P3.2 ;CHAN QUET KENH CHON NGO VAO ADC DA1 BIT P3.3 ;*******************CAC BIEN DU LIEU******************** ADC1 EQU 30H ADC2 EQU 31H ADC3 EQU 32H ADC4 EQU 33H TAM EQU 20H ;*******************^^^^^^^^^^^^^^^^********************* CHUYEN_ADC BIT 00H ;CHO PHEP CHUYEN DOI ADC ;****************&&&&&&&&&&&&&&&************************** ORG 0000h LJMP MAIN





ORG 0023H LJMP NGATNOITIEP ORG 0030H MAIN: CLR QUAT1 ;TAT 3 QUAT CLR QUAT2 CLR QUAT3 SETB SEL1 ;TAT 3 LO SETB SEL2 SETB SEL3 CLR DK1 CLR DK2 CLR DK3 MOV P0,#00H ; DAC LA 5V-TRANG THAI DONG 3 LO-DAC 0 MOV R7,#0 CLR DA0 CLR DA1 CLR START CLR OE SETB EOC MOV P2,#0FFH ;NHAP DATA ADC VAO MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0FDH MOV SCON,#50H SETB TR1 SETB EA SETB ES ;BIT DK CONG-CHO PHEP NGAT SETB PS ;UU TIEN NGAT NOI TIEP ;****** ***CHUONG TRINH CHINH*********************** MAIN1: JB CHUYEN_ADC,MAIN1 SETB CHUYEN_ADC LCALL LAYMAU ;LAY MAU DU LIEU O 4 KENH CLR ES MOV SBUF,ADC1 ;PHAT DU LIEU LEN MAY TINH JNB TI,$ CLR TI MOV SBUF,ADC2 JNB TI,$ CLR TI





MOV SBUF,ADC3 JNB TI,$ CLR TI MOV SBUF,ADC4 JNB TI,$ CLR TI SETB ES ;CHO PHEP NGAT TRO LAI LJMP MAIN1 ;****** * **CHON KENH VA THU DATA TU ADC*********************** LAYMAU: CLR DA0 ;NGO VAO IN0-KENH 1 CLR DA1 LCALL BIENDOI MOV ADC1,TAM CLR DA1 SETB DA0 ;NGO VAO IN1 -KENH 2 LCALL BIENDOI MOV ADC2,TAM CLR DA0 ;NGO VAO IN2-KENH 3 SETB DA1 LCALL BIENDOI MOV ADC3,TAM SETB DA0 ;NGO VAO IN3-KENH 4 SETB DA1 LCALL BIENDOI MOV ADC4,TAM CLR DA0 CLR DA1 RET ;************************^^^^^^^BIEN DOADC^^^^^^^^^^^^******** BIENDOI: SETB START NOP CLR START ;BAO BAT DAU BIEN DOI JB EOC,$ ;NEU OEC = 1 THI CHO JNB EOC,$ ;TIEP TUC CHO DEN KHI EOC = 1 SETB OE MOV TAM,P2 ;DOC GIA TRI BIEN DOI





CLR OE ;KHONG CHO PHEP XUAT DU LIEU RET ;****** **CHUONG TRINH NHAN DATA PC^^^^^^^^^^^^^^^^^^^********** NGATNOITIEP: CLR RI ;XOA CO NGAT CHUAN BI CHO LAN THU KE MOV A,SBUF ;DOC DU LIEU TU CONG NOI TIEP VAO A MOV R7,A MOV P0,#0FFH ;NGO RA ANALOG LA 5V ;**********DIEU KHIEN LO 1 ON/OFF ************ CJNE A,#'M',KE ;CHO PHEP CHUYEN DOI ADC CLR CHUYEN_ADC LJMP EXIT KE: CJNE A,#'A',KE1 CLR DK1 ;DIEU KHIEN LO 1-MUC 0 CLR QUAT1 CLR SEL1 ;MO LO 1,TAT QUAT 1 -DK ON/OFF LJMP EXIT KE1: CJNE A,#'B',KE2 CLR DK1 ;MUC 0 SETB QUAT1 ;MO QUAT 1 SETB SEL1 ;TAT LO 1 -DK ON/OFF LO1 SJMP EXIT ;********DIEU KHIEN LO 2 ON/OFF********* KE2: CJNE A,#'C',KE3 ;MUC 0 CLR DK2 CLR QUAT2 ;TAT QUAT 2 CLR SEL2 ;MO LO2 -DK ON/OFF LJMP EXIT KE3: CJNE A,#'D',KE4 CLR DK2 SETB QUAT2 ;MO QUAT 2 SETB SEL2 ;TAT LO 2 LJMP EXIT ;**********DIEU KHIEN LO 3***** PP ON /OFF********* KE4: CJNE A,#'E',KE5





CLR DK3 CLR QUAT3 ;TAT QUAT 3 CLR SEL3 ;MO LO 3 SJMP EXIT KE5: CJNE A,#'F',KE6 CLR DK3 SETB QUAT3 ;MO QUAT 3 SETB SEL3 ;TAT LO 3 SJMP EXIT ;*****GUI MA TAT HOAT DONG CAC THIET BI********* KE6: CJNE A,#'T',KE7 CLR QUAT1 CLR QUAT2 CLR QUAT3 SETB SEL1 SETB SEL2 SETB SEL3 CLR DK1 CLR DK2 CLR DK3 MOV P0,#00H LJMP EXIT KE7: PUSH 00H PUSH ACC CJNE R7,#00H,CCC SETB DK3 SJMP KT CCC: CJNE R7,#255,DDD CLR DK3 SJMP KT DDD: MOV A,R7 MOV R0,A CLR DK3 AAA: LCALL DELAY_XUNG DJNZ R0,AAA SETB DK3 MOV A,#255 CLR C SUBB A,R7 MOV R0,A BBB: LCALL DELAY_XUNG DJNZ R0,BBB KT:





POP ACC POP 00H EXIT: RETI DELAY_XUNG: PUSH 00H MOV R0,#20 DJNZ R0,$ POP 00H RET END Tham khaûo: Đồ án tốt nghiệp, Võ Hoàng Minh, Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh, ĐHĐT1B, tháng 7-2009.



Documents

Giaotrinh Do Luong Dieukhien Bangmaytinh Huynh Minh Ngoc